Sito en la Margen Izquierda de la Ría de Bilbao a los pies del monte Serantes (452 msnm). Limita al sur con Ortuella, al este con Portugalete y al oeste con Abanto y Ciérvana y con Ciérvana.
Posee una orografía muy accidentada, aunque, a excepción del monte Serantes (452 m) –uno de sus elementos topográficos más simbólicos–, no presenta grandes alturas, situándose las más significativas en las estribaciones del propio Serantes: el Mazo (245 m) y los Cuetos (123 y 106 m). Su relieve se inscribe dentro del flanco norte del llamado anticlinal de Vizcaya. Es un relieve de tipo estructural, correspondiendo a una serie de materiales del cretácico (calizas urgonienses) a lo largo de Punta Lucero-Serantes, suavemente inclinados hacia la ría.
El clima en Santurce es oceánico húmedo. Las temperaturas son suaves durante todo el año, con lluvias más frecuentes en primavera y otoño, inviernos benignos y veranos no excesivamente calurosos. La temperatura media en verano es de 20 °C y de 8 °C en invierno.
