Синеморец отстои югоизточно на 5 км от град Ахтопол и на 85 км от град Бургас. 
Северно от Синеморец е разположено устието на река Велека, пред което има широк залив. Естуарът на реката образува красива пясъчна коса при вливането си, която представлява плажна ивица „Косата“ или северния плаж на Синеморец. Североизточно от селото се намират заливът „Свети Яни“, където има рибарски пристан, и скалистата местност „Корабите“, за която има легенда, че там някога са разбивали старите и ненужни кораби. Източно от Синеморец, във високата част на полуострова, е местността „Поляните“, застроена с нови хотели. Южно от нея е залив „Бутамята“ (Потамя) — южният плаж на Синеморец. На юг от Бутамята се стига до залива с красив плаж „Липите“, местност „Каньона“, където са характерните скални образувания „Скалата на Сизиф“ и „Пещерата на гълъбите“ и „Разделената канара“, нос Листи и залива „Листи“.
Територията южно от Синеморец до село Резово представлява защитена местност „Силистар“ - крайбрежна влажна зона със запазена типична лонгозна гора. По дюните и скалите около Силистар гнездят редки и защитени птици.