Цхалтубо находится на границе двух природных стран – Колхидской низменности и Большого Кавказа. В районе города холмы низменности переходят в отроги Самгуральского хребта, а сам город расположился в долине реки Цхалтубо. Здесь есть несколько озёр, окрестности (особенно в горах) покрыты дубовыми, буковыми и грабовыми лесами с густым подлеском. Климат здесь необычайно мягкий, умеренно влажный, а зима бесснежная с температурами чуть выше нуля.
Цхалтубо упоминается в источниках 7 века. В 12-13 веках, во времена Грузинского царства, поселение связывают с целебными минеральными источниками, которые находятся в районе Цхалтубо. В документах упоминаются «маглакские» бани. Под ними историки подразумевают цхалтубские источники. О минеральных водах Цхалтубо («тёплая вода» на грузинском) сохранились легенды и предания. Использование их по назначению началось, вероятно с 7 века, а в 12-13 веках их популярность была повсеместна в Грузии. После монголо-татарского нашествия, цхалтубские источники были подзабыты, а город был в подчинении правителей Имеретии. До середины 17 века Цхалтубо представлял собой небольшое поселение. Целебные источники привлекли внимание исследователей, но ещё долгое время цхалтубские источники были необустроены и заброшены. С 1921 года было решено превратить Цхалтубо в бальнеологический курорт: налаживается инфраструктура, проводятся исследования свойств воды, принимается план застройки. Цхалтубо был разделён на три зоны: жилую, санитарную и бальнеологическую. В 1953 году он получил городской статус.
Тёплые радоновые минеральные воды обладают рядом важных целебных свойств. Поэтому только в советское время было открыто около 20 пансионатов, санаториев, посажен курортный парк, построен НИИ курортологии и физиотерапии. Было прямое железнодорожное сообщение с Москвой, что говорило о важности курорта Цхалтубо. Кроме того, в Цхалтубо работает краеведческий музей, а окрестности города изобилуют пещерами. Живописные пещерные комплексы Сатаплия, пещера Цхалтубо, пещера Прометея (Кумистави) популярны не только среди спелеологов, но и среди отдыхающих и лечащихся. Микроклимат подземных лабиринтов также обладает лечебными особенностями.