Город стоит у слияния реки Турьи и ее левого притока — Антипки. По территории городского округа Карпинск протекают также реки Каква, Лобва, Тыпыл, Тылай, Косьва, Ольва и Кырья. Муниципалитет носит имя русского геолога Александра Карпинского, уроженца Турьинских рудников.
Как и большинство горняцких городов, Карпинск имеет значительную территорию. Возникновение города путем слияния двух поселков обусловило его сильную вытянутость с севера на юг вдоль угольных разрезов. Окрестности занимают леса, преимущественно хвойные. На территории муниципального образования имеются разведанные запасы платины, золота и медно-цинковых руд.
К значимым предприятиям округа относится Карпинский машиностроительный завод. Через округ проходит железнодорожная магистраль «Екатеринбург — Карпинск».