Portugalete est située dans le nord de l’Espagne, en bordure de l’estuaire du Nervión (aussi appelé la ria de Bilbao), à seulement 13 km à l’ouest de Bilbao. Elle se trouve en face de Getxo, sur la rive droite, avec laquelle elle est reliée par le Pont de Biscaye (ou pont transbordeur), un chef-d’œuvre d’ingénierie du XIXe siècle. La ville est également proche des plages de Las Arenas et Ereaga, ce qui ajoute un attrait balnéaire à sa localisation urbaine.
Le relief de la ville est partiellement vallonné, offrant de beaux panoramas sur l’estuaire, les collines environnantes et la côte cantabrique. Elle se trouve dans un environnement urbanisé mais très bien desservi en espaces verts et sentiers piétons, notamment le long de la ria.
Le climat est de type océanique tempéré, avec des précipitations fréquentes, surtout à l’automne et en hiver. Les étés sont agréables, avec des températures modérées tournant autour de 23–26 °C, ce qui rend cette période idéale pour les visites touristiques et les événements en extérieur.