Lázně Karlova Studánka leží v nadmořské výšce průměrně 800 m. n. m., těsně na východní straně Pradědu (1492 m), nejvyšší hory Moravy a pohoří Jeseníků, v alpskoromantickém údolí šumící Bílé Opavy. Lesní svahy, obklopující lázně, stoupají na severozápadě až k Pradědu, na severu, jihu a východě nepřevyšují 1000 m, ujstupují krásnému údolí otevřenému k jihu, které je ze všech stran chráněno proti drsným a prudkým větrům. Jehličnatý les, který Lázně obklopuje má zvláštní půvab a ve vyšších polohách má charakter pralesa. Je součástí, přes 1000 km čtverečních velkého, lesního území, zasahujícího do rezervace v okolí Pradědu. Proto mají Lázně Karlova Studánka čistý vzduch bez znečištění. Kromě toho leží daleko od průmyslových oblastí. Tradice říká, že je zde nejčistší vzduch ve střední Evropě.

Navzdory své vysoké poloze mají Lázně v důsledku své chráněné polohy poměrně mírné, podhorské podnebí a nejsou zde mlhy. Mnohdy jsou zde chladnější noci.