Csíkszereda Erdély keleti felében helyezkedik el, a Hargita-hegység vulkáni vonulata és a Csíki-havasok közé beékelődő Csíki-medence középső részén. A város az Olt mentén, tengerszint felett 655 és 730 m közötti magasságban található. 

Csíkszereda a korábban már létező Somlyó (1333), Taploca és Zsögöd (XII–XIII. század) települések szomszédságában, a szerda napi vásárhely színhelyén alakult ki. A szerda napon tartott vásároktól származik a város neve is. Az első ismert hiteles okirat, amely Csíkszereda mezővárosi létét igazolja, 1558-ban keltezett, ami a törököknek fizetendő adón kívül mentesíti a város lakosságát az adófizetés alól.

A város még a XIX. században összesen két nagyobb utcából állt. 1900-ban a városka érdekes adatokat mutatott: 541 lakás volt, melyből 517 földszintes, s csupán 24 volt emeletes ház. Mindössze 5 lakásban volt fürdőszoba.

Csíkszereda fejlődését sokáig akadályozta egyedi, sajátos örökösödési törvénye, amelynek értelmében, ha egy helybeli háztulajdonos elhunyt és örököse a városon kívül lakott, az örökös elvesztette az ingatlanhoz való jogát. A város ilyen esetben a házat elajándékozta egy arra „érdemes” szeredainak, s így ezek a javak a legtöbb esetben a tanácstagok hozzátartozóinak birtokába kerültek. Mindezek mellett a városban való letelepedést még külön engedélyhez is kötötték, amelyet a Városi Tanács adott ki.

1941-ben Várdotfalva és Csobotfalva egyesült Csíksomlyó néven, majd 1959-ben olvadnak be Csíkszeredába. Zsögöd már jóval korábban, 1939-ben végérvényesen a város részévé vált. A 2002-es népszámlálás adatai szerint lakosainak száma összesen 42.029. A nemzetiségi összetétel pedig: 34.359 magyar, 7.274 román, 262 cigány, 48 német és 86 más nemzetiségű.

A várostól 19 km-re, 1350 m magasságon található a közigazgatásilag Csíkszeredához tartozó Hargitafürdő, Hargita megye legmagasabban fekvő települése. A Hargita-hegység utóvulkanikus tevékenysége a szénsavas ásványvizek (borvizek) és mofetták (szén-dioxidos és kénhidrogénes gázkiömlések) formájában jelentkezik. A város legfontosabb ásványvíz-lelőhelyei Somlyón és Zsögödfürdőn vannak. E két utóbbi már a középkor óta – mind a mai napig – közkedvelt fürdőtelep, az utóbbinál mofetta is várja a vendégeket.

Csíkszereda hűvös éghajlata alapján a Kárpát-medence egyik hidegpólusa. A medence zártsága miatt télen gyakori a hőmérsékleti inverzió és a velejáró ködképződés. Ilyenkor alacsonyabb hőmérsékleti értékeket mérnek a városban, mint a hegytetőkön. Ez az egyik oka annak, hogy Csíkszereda évi középhőmérséklete csupán 5,9°C. A nyári hónapoké 16°C, a télieké -5,9°C. A legcsapadékosabb hónap július, a legszárazabb február. A hótakaró 27-124 napig takarja a felszínt. A medencére jellemező a szélvédettség.

A városhoz tartozó erdős és legelős területeken számos védett növényfaj fordul elő. A város körüli erdők igen gazdagok nagyvadállományban. Védett fajok közé tartozik a barna medve (Ursus arctos), a hiúz (Lynx lynx), a siketfajd (Tetrao urogallus) és mások.