Mülhausen liegt geographisch im Dreiländereck Frankreich, Deutschland, Schweiz. Nordwestlich der Stadt am Fuße der Vogesen liegt Thann, das südliche Tor zur elsässischen Weinstraße (Route du vin). Auch ist Mülhausen das Tor zum Sundgau im äußersten Süden des Elsass. Mit den Nachbarn Freiburg im Breisgau, Basel, Belfort, Montbéliard und Colmar liegt Mülhausen im Zentrum einer mehr als zwei Millionen Einwohner zählenden Region.