Hà Nội nằm hai bên bờ sông Hồng, giữa vùng đồng bằng Bắc Bộ trù phú, với vị trí và địa thế đẹp, thuận lợi, là đầu mối giao thông quan trọng phía Bắc.
Hà Nội nằm ở vĩ độ bắc: 20o
53' đến 21o
23'; kinh độ đông: 105o44' đến 106o02'. Giáp với năm tỉnh: Thái Nguyên ở phía bắc, Bắc Ninh và Hưng Yên ở phía đông và đông nam, Hà Tây và Vĩnh phúc ở phía nam và phía tây.
Diện tích tự nhiên: 920,97 km2. Chiều dài nhất từ phía bắc xuống phía nam là hơn 50 km, Chỗ rộng nhất từ tây sang đông 30 km. Phần lớn diện tích Hà Nội nằm trong vùng đồng bằng châu thổ sông Hồng với độ cao trung bình từ 15 đến 20m so với mặt nước biển, thấp nhất thuộc xã Gia Thụy (Gia Lâm) cao 12m so với mặt nước biển. Cao nhất là núi Chân Chim (Sóc Sơn): 462 m.
Dạng địa hình chủ yếu của Hà Nội là đồng bằng được bồi đắp bởi các dòng sông với các bãi bồi đại, bãi bồi cao và các bậc thềm. Xen giữa các bãi bồi đại và bồi cao còn có các vùng trũng với các hồ, đầm (dấu vết của các lòng sông cổ).
Hà Nội là thành phố gắn liền với những dòng sông, trong đó sông Hồng là lớn nhất, chảy qua Hà Nội dài khoảng 30 km. Ngoài ra, trong địa phận Hà Nội còn có sông Tô Lịch, sông Kim Ngưu, sông Nhuệ và sông Cà Lồ.
Khí hậu Hà Nội là khí hậu nhiệt đới gió mùa ẩm, mùa hè nóng mưa nhiều, mùa đông lạnh mưa ít. Nằm trong vùng nhiệt đới, Hà Nội quanh năm tiếp nhận được lượng bức xạ mặt trời dồi dào và có nhiệt độ cao. Do chịu ảnh hưởng của biển, Hà Nội có độ ẩm và lượng mưa khá lớn. Trung bình hàng năm, nhiệt độ không khí là 23,6o
năm có khoảng 114 ngày mưa. Hà Nội có đủ 4 mùa xuân, hạ, thu, đông. Nhiệt độ thấp nhất là 2,7o
C (tháng 1/1955), cao nhất là 42,8o
C (tháng 5/1926).