Il territorio di Sestri Levante è situato nella Riviera ligure di levante, e precisamente è una delle ultime località che si affacciano ad oriente sul Golfo del Tigullio, ad est di Genova.

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Sorge sulla piana alluvionale del torrente Gromolo, a ridosso di un promontorio roccioso che viene solitamente chiamato "l'isola", che, proteso verso il mare, è unito alla terraferma da un istmo e divide la "Baia delle Favole", dove è stato ricavato il porto turistico e il cui nome venne attribuito dallo scrittore Hans Christian Andersen che qui soggiornò nel 1833, dalla più piccola ma ancora più suggestiva "Baia del Silenzio".

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Un'altra barriera prima delle spiagge della frazione di Riva Trigoso, che proseguono fino in località Borgo Renà, è costituita dal promontorio di Punta Manara e monte Castello.

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In località Renà sorge il caratteristico scoglio dell'"Assêu", sormontato da una croce, e più ad est si trovano punta Baffe e monte Moneglia che nascondono la vista di Vallegrande e del territorio di Moneglia.

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Tra le due baie e l'istmo si sviluppa il centro storico, mentre la parte più moderna occupa la piana che, estendendosi tra il mare e le colline dell'entroterra, dividono Sestri Levante a nord dalla val Graveglia.