Berre-l'Étang est située sur une plaine alluviale formée par l'embouchure de la rivière Arc. La ville est située en bordure de l'étang de Berre, sur la face est d'une pointe avancée qui sépare le petit étang de Vaïne de l'étang principal. Toute la rive droite de l'Arc est agricole, alors que la rive gauche est largement occupée par les installations pétrochimiques qui entourent la ville. À l'exception d'une ligne de collines allant de la tour de Bruni à la colline des Barjaquets (altitude 145 mètres) à l'est, la quasi-totalité du territoire communal est à moins de 40 mètres d'altitude, et plus de la moitié à moins de 20 mètre.
Le climat, de type méditerranéen, est plutôt doux, mais le mistral est souvent présent et les gelées possibles en hiver. Les sols, autrefois pierreux, ont été amendés et drainés par des canaux, et Berre l'Étang est devenu l'une des huertas du midi français, particulièrement dans les années 1970 aux années 20002, devenant le premier territoire français de production de fruits et de légumes sous serre.