Гоце Делчев се намира в югоизточното подножие на Среден Пирин, в Гоцеделчевската котловина. Намира се на около 200 km от столицата – София и на 97 km от областния център Благоевград. Центърът на града се намира на 545 m надморска височина.

Гоцеделчевската котловина се характеризира с континентално-средиземноморски тип климат. Валежите са предимно от дъжд през ранната пролет и късната есен с изразен ноемврийско-декемврийски максимум, лятото е горещо с редки превалявания.

Зимата са възможни температурни инверсии. Градът е разположен на двата бряга на Неврокопската река (наричана още Градската река), приток на река Места, което тече на 3 km от града.

Неврокоп е наследник на древния град Никополис ад Нестум, който е основан през 2 в. от н.е. от римския император Траян и развалините му се намират на 7 km източно от Неврокоп – името Неврокоп е турската форма на гръцкото Никополис.

Notitiae Episcopatuum споменават този град като архиепископско седалище до XI век. Край съвременния град Неврокоп са открити останки на крепост и селище, датиращи от IX – X век, които се смятат за непосредствени предци на съвременния град.