Novobanská kotlina je geomorfologickou časťou Župkovskej brázdy. Leží v jej južnej časti, v okolí mesta Nová Baňa v žarnovickom okrese Kotlina sa nachádza na južnom okraji pohoria Vtáčnik, v podcelku Župkovská brázda. Leží v širšom okolí mesta Nová Baňa, na oboch brehoch Novobanského potoka. Severným a východným smerom pokračuje krajinný celok časťou Župkovská vrchovina a podcelkom Raj, južný okraj klesá do údolia Hrona, kde leží Breznické podolie, geomorfologická časť Štiavnických vrchov. Na západe susedí Pohronský Inovec podcelkami Veľký Inovec a Vojšín.
Zo severu na juh k Hronu preteká územím kotliny Novobanský potok, ktorý tu priberá viaceré menšie vodné toky, medzi nimi Starohutský, Zajačí, Kyzový či Suchý potok.