Основными водоёмами являются озера Сугомак, Большая и Малая Акуля, Тайги[1], Увильды, Казгалы[2], Кыштымские пруды[3], Анбаш и реки Кыштым, Егоза и Сугомак.
Городской округ имеет транспортные связи с областным центром городом Челябинском и центром Уральского федерального округа городом Екатеринбургом. Развита автодорожная и железнодорожная сеть
Граничит с шестью муниципальными образованиями Челябинской области: на севере с Каслинским муниципальным районом, на западе с Верхнеуфалейским городским округом и Нязепетровским муниципальным районом, на юге с Карабашским городским округом и Аргаяшским муниципальным районом, на востоке с Озёрским городским округом.
До Октябрьской революции территория нынешнего городского округа входила в Кыштымскую волость Екатеринбургского уезда Пермской губернии. В 1924 году возник Кыштымский район в составе Свердловского округа Уральской области. В 1930 году район был упразднён, входившие в его состав сельсоветы были переданы в соседние районы, а посёлки Кыштым и Карабаш перешли в областное подчинение, утверждённые ВЦИК РСФСР в 1932 году. В 1934 году после разделения Уральской области на Свердловскую и Челябинскую, 20 декабря 1934 года Кыштымский район был восстановлен в составе Челябинской области путём объединения территорий, подчинённых Кыштымскому и Карабашскому городским советам. 10 января 1945 года район был переименован в Кузнецкий, а города Кыштым и Карабаш выведены из его состава в областное подчинение. Центр района был перенесён в село Кузнецкое.
Современный статус и границы городского округа установлены Законом Челябинской области от 28 октября 2004 года № 294-ЗО «О статусе и границах Кыштымского городского округа»[4]. В 2011 году к нему был присоединён посёлок Акуля[5]
По подсчётам, из 38975 человек постоянного населения городского округа, 36124 человек проживают в городе, а 2851 человек в сельской местности.