A cidade possui uma área de 305,699 km² e a sua população em 2019 foi estimada pelo IBGE em 82.238 habitantes, com uma densidade demográfica de 252,01 hab./km².
Ao longo dos anos, as rotas comercias estabelecidas pelos mineiros que demandavam aos Portos de Parati e Mambucaba fizeram surgir na região, então conhecida por Embaú, muitas roças dedicadas a fornecer produtos de abastecimento aos tropeiros. Nessa área, o sargento-mor Antônio Lopes de Lavra iniciou, em 1781, a construção da capela dedicada a Nossa Senhora da Conceição do Embaú, concluída seis anos depois. Na povoação que ao lado da capela se formou, os primeiros povoadores passaram a comercializar os produtos locais, logo aumentando o núcleo urbano.
Sua proximidade às montanhas o premiam com diversos mananciais. Cruzeiro está localizado na bacia do Rio Paraíba do Sul, o município possui uma rica malha hidrográfica, seus rios participam como afluentes diretos ou indiretos do Paraíba, muitos desses rios nascem nos contrafortes da serra da Mantiqueira sendo importantes mananciais para região. Entre os cursos d’água em destaque a margem direita do rio Paraíba do sul, se encontram rio Brejetuba, ribeirão Dolores, córrego da Barrinha, rio Embaú e rio Passa Vinte e na margem direita destaca-se o rio Itagaçaba. Esses são os principais que formam a ramificação do Rio Paraíba do Sul, que por ali mostram-se largos e volumosos. Completam a oferta aquífera outros córregos diversos.
O município se situa na região do Médio Vale do Rio Paraíba do Sul, próximo à Serra da Mantiqueira, sua área urbana se encontra a aproximadamente 515 metros de altitude acima do nível do mar. A serra da Mantiqueira, ao Norte do município, apresentam elevações com aproximadamente 2.800m; ao Sul do território, região cortada pela Rodovia Presidente Dutra, o relevo assume o aspecto de “Mar de Morros” em formato de “meia laranja”.
O centro antigo da cidade apresenta um projeto urbano em traçado ortogonal, estruturado sobre uma planície sedimentar de altitude, sendo uma das primeiras cidades planejadas do país, ainda que o processo tenha se limitado basicamente ao traçado de suas ruas.