La città è stata fondata a ridosso di due dorsali montuose, che si originano nel monte Bignone (1300 m circa) e procedono fino al mare: a est, verso il promontorio di Capo Verde (sormontato dal faro di Capo dell'Arma della Marina Militare), e a ovest fino a Capo Nero.

L'originario nucleo abitativo, la Pigna, è adagiato sulle pareti di una collina-promontorio sovrastata dal santuario della Madonna della Costa, e lambito dai torrenti San Francesco e San Romolo. A levante, il torrente San Martino e a ponente il torrente Foce danno il nome alle relative zone est e ovest della città.

La prima fascia dell'entroterra, a ridosso della città, è ricca di serre e coltivazioni di fiori, stanti a ricordare il ruolo importante della floricoltura nell'economia cittadina. Alcuni oliveti e resti di fasce (coltivazioni a terrazza), oramai quasi completamente abbandonate, costellano le campagne e le scoscese colline circostanti.

Le frazioni dell'entroterra boschivo distano pochi chilometri dal centro della città, tanto che durante l'estate è consuetudine, da parte dei sanremesi, fare le "gite fuori porta" tra i boschi di castagno nella frazione di San Romolo, edificata intorno a un prato che da anni è meta di giochi di bimbi, o tra i pascoli della arieggiata vetta del Bignone, da cui è possibile godere della vista da Saint-Tropez ad Albenga, e in giornate terse, fino alla Corsica.

La fascia boschiva dell'entroterra è stata recentemente inserita nel parco naturale di San Romolo-Monte Bignone: un'area di circa 700 ettari, ricca di fauna e vegetazione, nella quale si intrecciano fittamente sentieri e mulattiere.

I due promontori a est e a ovest di Sanremo ospitano rispettivamente le frazioni di Poggio e di Coldirodi: la prima, nota per rappresentare l'ultimo tratto in salita della Milano-Sanremo, la seconda sede della Pinacoteca Rambaldi.

Dal punto di vista amministrativo, la città si estende a est oltre il Capo Verde. Qui si trova la frazione di Bussana, la più popolosa del comune, che è stata edificata ex novo dopo che il terremoto del 1887 distrusse il centro abitato originario, posto sulle colline retrostanti e oggi noto come Bussana Vecchia. Tale diroccato paesino rimase abbandonato fino all'inizio degli anni sessanta del Novecento, quando artisti da tutto il mondo decisero di ripopolarlo, riportando le costruzioni in pietra alla loro struttura originale.