Bagni di Lucca sorge a 150 metri d'altitudine nella Media Valle del Serchio, a circa 30 km dal mare, tra le vette dell'Alpe Tre Potenze (1935 m) e del Monte Poggione (1754 m). Il territorio, prevalentemente collinare e montuoso, è caratterizzato da una densità abitativa bassa (33 ab/km²) e da un paesaggio segnato da sorgenti come la Fontana Cannellacqua e la Grotta dell'Acqua. Con i suoi 34 sentieri escursionistici, il comune è una porta d'accesso all'Appennino tosco-emiliano.
L'economia locale si basa sul turismo termale e sulla produzione di olio e vino: il territorio rientra nell'area di produzione del Lucca DOP. Il reddito medio annuo è di 19.197 €, mentre i prezzi immobiliari si attestano a 897 €/m². La copertura FTTH raggiunge solo il 46% delle abitazioni, segno di una connettività ancora parziale. Tra le denominazioni regionali spiccano Chianti DOCG e Pecorino delle Balze Volterrane DOP.
Il clima è temperato, con una media di 10,9 °C e precipitazioni annue abbondanti (1.146 mm). Il rischio idrogeologico è molto alto, ma il suolo consumato è solo il 2,6%. Con 92 monumenti e 4 musei, Bagni di Lucca offre un patrimonio culturale diffuso, mentre l'età media di 50 anni e un saldo naturale negativo (-69) delineano una comunità in contrazione. Nelle vicinanze, Pisa (sito UNESCO) e Coreglia Antelminelli (Borgo più bello d'Italia) arricchiscono l'offerta turistica.
