长沙位于中国中南部的长江以南地区，湖南省的东部偏北。地处洞庭湖平原的南端向湘中丘陵盆地过渡地带，与岳阳、益阳、娄底、株洲、湘潭和江西萍乡接壤。总面积为11818平方公里，其中市区面积954.6平方公里，建成区面积256平方千米（截至09年底）。位于浏阳境内的大围山七星岭海拔1616米，为辖区最高处；
岳麓山的云麓峰海拔300.8米，为城区至高点。
湘江为长沙最重要的河流，由南向北贯穿全境，境内长度约75公里。湘江自南向北贯穿长沙城区，把城市分为河东和河西两大部分。河东以商业经济为主，河西以文化教育为主。2001年10月10日，市政府驻地由河东藩正街迁至河西观沙岭，力在发展河西的经济以平衡长沙两岸。 地图坐标为东经111°53'－114°5'，北纬27°51'－28°40'，东西长约230公里，南北宽约88公里。地域呈东西向长条形状，地貌北、西、南缘为山地，东南丘陵为主，东北以岗地为主；山地、丘陵、岗地、平原大体各占四分之一。长沙土壤种类多样，可划分9个土类、21个亚类、85个土属、221个土种，总面积1366.2万亩，其中，以红壤、水稻土为主，分别占土壤总面积的70%与25%。其余还有菜园土、潮土、山地黄壤、黄棕壤、山地草甸土、石灰土、紫色土等，适宜多种农作物生长。 长沙属
亚热带季风气候，四季分明。春末夏初多雨，夏末秋季多旱；春湿多变，夏秋多睛，严冬期短，暑热期长。全年无霜期约275天，年平均气温16.8～17.2℃，极端最高气温为40.6℃，极端最低气温为－12℃。年平均总降水量1422.4毫米。水资源以地表水为主，水源充足，年均地表径流量达808亿立方米。 除了湘江外，还有汇入湘江的支流有15条，主要有
浏阳河、捞刀河、靳江和沩水河。最大的水库为
宁乡县境内的黄材水库和
浏阳市境内的朱树桥水库。