Estavayer-le-Lac liegt auf 448 m ü. M. in einer Exklave des Kantons Freiburg, 25 km westlich der Kantonshauptstadt Freiburg (Luftlinie). Das Städtchen im nordwestlichen Freiburger Mittelland erstreckt sich leicht erhöht über dem Südufer des Neuenburgersees und auf dem anschliessenden Plateau des breiten Höhenrückens, der den Neuenburgersee von der Broyeebene trennt.

Die Fläche des 6,4 km² grossen Gemeindegebiets umfasst einen Abschnitt am Südostufer des Neuenburgersees (rund 3,5 km Seeuferlänge). Im Bereich von Estavayer-le-Lac besitzt der See einen flachen, bis zu 500 m breiten Uferrandstreifen. Besonders im nordöstlichen Abschnitt ist dieser von einem Schilf- und Sumpfwaldgürtel bestanden, in dem sich der Weiher Grande Gouille befindet. Diese Zonen gehören zum Naturschutzgebiet der Grande Cariçaie.

Daran schliesst sich im Süden eine 10 bis 40 Meter hohe Steilstufe an, die bei La Corbière von Sandsteinfelsen durchzogen ist. Oberhalb des Steilhanges geht das Gelände in eine weite Hochfläche über, die nur sehr geringe Reliefunterschiede aufweist. Es gibt hier zwei oberirdische Fliessgewässer, den Dorfbach von Lully, der westlich des Bootshafens in den Neuenburgersee mündet, und einen weiteren kleinen Bach, der bei La Corbière mit dem Wasserfall Saut de la Pucelle die Steilstufe zwischen Hochebene und Uferrandstreifen überwindet. Die höchsten Erhebungen von Estavayer-le-Lac werden mit 488 m ü. M. beim Gehöft Toutvent und auf der Flur Les Esserpis an der östlichen Gemeindegrenze erreicht. Von der Gemeindefläche entfielen 1997 31 % auf Siedlungen, 6 % auf Wald und Gehölze, 59 % auf Landwirtschaft und etwas mehr als 4 % war unproduktives Land (Schilfgürtel).

Zu Estavayer-le-Lac gehören der Weiler La Corbière (465 m ü. M.) ganz im Nordosten des Gemeindegebietes auf dem Plateau oberhalb der Steilstufe sowie verschiedene Einzelhöfe. Nachbargemeinden von Estavayer-le-Lac sind Vernay, Sévaz, Les Montets, Lully, Châbles und Châtillon.