총면적은 214.69㎢로 야마가타현의 남부에 있다. 봄부터 여름에 걸쳐 시의 명물인 벚꽃, 철쭉, 붓꽃이 볼만한 시기가 된다.

시의 북서단에는 오아사히다케가 있고 시역의 서쪽을 아사히 산지가 차지한다. 시의 동부에 있는 분지는 나가이 분지로 불리고 나가이 시의 시가지가 있다. 시의 동쪽으로부터 흐르는 모가미 강으로 이데 산지에서 북상하는 시라카와 강과 아사히 산지에서 동진하는 노가와 강이 합류해 수량을 늘려 시가지 부근을 북쪽으로 흐른다. 기후는 분지이기 때문에 한난의 차이가 심하고 강설량이 많다.