Znajduje się w północnej części Przedgórza Iłżeckiego, które z kolei wyodrębnia się spośród regionów Wyżyny Kieleckiej.
Szydłowiec należał do ziemi sandomierskiej, następnie znajdował się w województwie o tej samej nazwie. Dlatego przynależy do Małopolski. Miejscowi regionaliści podają tezy o samodzielnym regionie, którego głównym ośrodkiem miałby być Szydłowiec. Tezę taką wysunął Tomasz Palacz, mówiąc o ziemi szydłowieckiej jako jednostce geograficzno-kulturowej. Po raz pierwszy propozycję takiego rozpatrywania położenia miasta pod względem czysto geograficznym podała Danuta Słomińska-Paprocka, umieszczając je na Wyżynie Szydłowieckiej. Jednak takie jednostki fizycznogeograficzne nie istnieją w powszechnie przyjętej regionalizacji kraju.
Szydłowiec jest położony na platformie paleozoicznej. Jego okolice uległy fałdowaniu kaledońskiemu (czego dowodem jest Przedgórze Iłżeckie) i zlodowaceniu środkowopolskiemu, co potwierdzają występujące stożki sandrowe. Występuje tu wiele surowców, takich jak: głębokie rudy żelaza, wapień, margiel, gliny ogniotrwałe i ceramiczne, piaskowiec wielu odmian oraz obfite zasoby piasku i żwirów.