Basauri se halla situado en la comarca metropolitana del Gran Bilbao, a ambos lados del río Nervión y en el bajo valle de los ríos Nervión e Ibaizábal. Basauri surge en el punto en el que se unen los dos ríos más importantes de Vizcaya, formando una pequeña llanura fluvial sobre la que se han labrado una serie de meandros (zona limítrofe con Echévarri), hoy en día ocupados en su mayor parte por instalaciones industriales. Asimismo en Basauri se unen los caminos que vienen de Orduña y Durango siguiendo el cauce de los dos ríos. De aquí tomó un barrio su nombre: Bidebieta-Dos Caminos.

A partir de la zona fluvial en la que nació el municipio, el terreno se eleva progresivamente culminando en el monte Malmasín (361 msnm), de naturaleza arcillosa, ya en el término de Arrigorriaga. De hecho la ciudad se sitúa sobre la falda de dicho monte.