El municipio de Santa Cruz de la Sierra se encuentra en la parte central de la provincia y en el centro-oeste del departamento, a 17º47´ de Latitud y 63º11´de Longitud, a una altitud de 400 m.s.n.m.
Limita al este con el municipio de Cotoca, al oeste con el municipio de Porongo (antes Ayacucho) y al sur con La Guardia, está completamente cubierto por la mancha urbana de la ciudad de Santa Cruz de la Sierra, que sobrepasa sus límites municipales.
El municipio tiene una superficie de 1.407 km².
según el Censo de Población y Vivienda 2012 INE y una densidad de 1.033,79 hab/km², repartidos principalmente en el área urbana.
Anteriormente el municipio estaba dividido en tres cantones, pero tras la promulgación de la Constitución Política del Estado de 2009, estos ya no forman parte de la subdivisión administrativa del país: