Місто розташоване в східної частини Ростовської області між найбільшими промисловими центрами Ростовом-на-Дону та Волгоградом. Від Ростова-на-Дону Волгодонськ віддалений на 230 км, від Волгограда – на 310 км.
Волгодонський район – адміністративно-територіальна одиниця та муніципальна освіта (муніципальний район у складі Ростовської області Російської Федерації. 47°31′ пн. ш. 41 ° 55 'в.
Місто розкинулося у Сальських степах, на лівому березі донського Цимлянського водосховища при впадінні річки Солона. Водними шляхами пов'язаний із п'ятьма морями — Білим та Балтійським на півночі, Каспійським на сході, Азовським та Чорним на півдні. У Волгодонське починається іригаційний Донський магістральний канал.
Найближче до Волгодонська на карті розташовані міста (у дужках вказано автомобільний маршрут у км): Сальськ (159), Шахти (176), Новошахтинськ (206), Новочеркаськ (208), Батайськ (230), Еліста (234), Гуково (240), Ростов-на-Дону (241), Каменськ-Шахтинський (245), Свердловськ (261), Азов (264), Москва (1113).