Miasto położone jest nad Kamienną do której uchodzą tu rzeki Szewnianka i Modła. Jego północna część znajduje się na Przedgórzu Iłżeckim, a południowa na skraju Wyżyny Opatowskiej. Kilkanaście kilometrów na południowy zachód od miasta rozpościera się Pasmo Jeleniowskie, Gór Świętokrzyskich.

Nieopodal Ostrowca znajduje się rezerwat archeologiczny w Krzemionkach, z neolityczną kopalnią krzemienia, a także liczne zabytki związane z historią Staropolskiego Okręgu Przemysłowego. Popularną atrakcją turystyczną okolic Ostrowca jest Bałtowski Park Jurajski w Bałtowie.

Od północnego zachodu miasto sąsiaduje z gminą miejsko-wiejską Kunów. Ze wszystkich pozostałych stron Ostrowiec otaczają tereny gminy wiejskiej Bodzechów. Siedziba jej władz znajduje się w Ostrowcu przy ul. Mikołaja Reja.

Ostrowiec Świętokrzyski jest punktem początkowym  niebieskiego szlaku rowerowego prowadzącego do Skarżyska-Kamiennej.

Pierwsze wzmianki o wsi Ostrów, która dała początek miastu Ostrowiec pochodzą z XIV w. Wieś położona była na prawym brzegu rzeki Kamiennej. U schyłku XVI w. Ostrów przeszedł na własność Jakuba Gawrońskiego herbu Rawa, który wyznaczył na lewym brzegu rzeki miejsce pod budowę miasta. Przyjmuje się, że powstało ono w 1597. W 1613 Ostrowcowi nadano prawa miejskie.

Ostrowiec stał się częścią dóbr ostrowieckich w posiadaniu hrabiego Jana Tarnowskiego herbu Leliwa. W późniejszym czasie dobra ostrowieckie były w posiadaniu największych rodów magnackich w Rzeczypospolitej: Tarnowskich, Czartoryskich, Lubomirskich, Radziwiłłów, Ostrogskich, Zasławskich, Sanguszków, Wielopolskich, Dobrzańskich, Łubieńskich i innych. W roku 1889 dobra ostrowieckie zostały rozdrobnione a każda część otrzymała osobną hipotekę. Po II wojnie światowej wszystkie grunty prywatne zostały odebrane właścicielom i znacjonalizowane.

Pod koniec XVIII i w XIX w., w okolicy Ostrowca intensywnie rozwijał się przemysł. W latach 1837-1839, powstała huta zwana Klimkiewiczów (od budowniczego - Antoniego Klimkiewicza). Wokół huty, która z czasem przyjęła nazwę Zakładów Ostrowieckich, rozwijały się mniejsze zakłady, między innymi materiałów ogniotrwałych i spożywcze. Na przełomie XIX i XX w. ostrowiecka huta stała się drugim co do wielkości tego typu zakładem w Królestwie Polskim.

W czasie rewolucji 1905 roku, miały tu miejsce masowe wystąpienia robotnicze, których kulminacją było proklamowanie 27 grudnia 1905 tzw. Republiki Ostrowieckiej. Na okres około dwóch tygodni, władzę w mieście i sąsiednich powiatach przejęła PPS kierowana przez Ignacego Boernera. Upadek Republiki Ostrowieckiej nastąpił po przybyciu do miasta dwóch carskich pułków piechoty wraz z artylerią.

W okresie I wojny światowej, Zakłady Ostrowieckie uległy poważnym zniszczeniom. 3 listopada 1918, Polacy przejęli władzę w mieście z rąk okupantów austro-węgierskich.

W okresie międzywojennym Ostrowiec rozwijał się dzięki inwestycjom związanym z budową Centralnego Okręgu Przemysłowego. W 1924 miasto znacznie poszerzyło swoje granice i zostało wydzielone z powiatu opatowskiego. W chwili wybuchu II wojny światowej Ostrowiec liczył około 30 tysięcy mieszkańców.

Wybuch II wojny i rządy hitlerowskie były dla miasta katastrofalne. 11 tysięcy Żydów ostrowieckich zostało wymordowanych. W Ostrowcu miały miejsce liczne publiczne egzekucje. Miasto było ważnym ośrodkiem działalności polskiego podziemia. W Ostrowcu produkowana była broń i wydawana prasa konspiracyjna. 16 stycznia 1945 Ostrowiec został wyzwolony spod okupacji hitlerowskiej.

W okresie powojennym Ostrowiec ponownie szybko się rozwijał. W 1954 do miasta przyłączono szereg podmiejskich osiedli, w tym m.in. dawne miasto Denków. W latach 70. we wschodniej części Ostrowca powstał nowy zakład metalurgiczny huty.

W latach dziewięćdziesiątych ostrowiecka huta podupadła, a rozwój miasta został zahamowany. W tym samym czasie powstało wiele spółek miejskich, m.in. w 1991 Miejska Energetyka Cieplna. Po rozmowach na temat kupna huty przez zagranicznego inwestora, ostatecznie przejął ją hiszpański koncern Celsa.