Warszawa leży w środkowym biegu Wisły, na Nizinie Środkowomazowieckiej, w odległości około 350 km od Karpat i Morza Bałtyckiego. Jest jedyną w Europie stolicą leżącą w bezpośrednim sąsiedztwie parku narodowego.

Miasto leży po obu stronach rzeki i jest nieznacznie wydłużone wzdłuż jej brzegów (rozciąga się na ok. 30 km w kierunku północ-południe i ok. 28 km w kierunku wschód-zachód). Lewobrzeżna część Warszawy jest w większości położona na Równinie Warszawskiej (najwyższy punkt geodezyjny na skrzyżowaniu ul. Norwida i Nakielskiej, rejon zajezdni autobusowej „Redutowa” – 115,7 m n.p.m.; porównywalne wysokości w rejonie Filtrów – 114,7 m n.p.m. przy ul. Krzyckiego).

Pozostała część miasta leży w Dolinie Środkowej Wisły oraz na Równinie Wołomińskiej (częściowo dzielnice wschodnie) i w Kotlinie Warszawskiej (częściowo dzielnice północne). Na Bielanach, Białołęce, w Wawrze i Wesołej występują porośnięte lasem, wysokie na kilka-kilkanaście metrów wydmy śródlądowe, z najwyższym naturalnym punktem wysokościowym – 122,11 m n.p.m. (w rejonie planowanej ul. Stanisława Wigury na osiedlu Groszówka w Wesołej).

Stolica stanowi główne miasto monocentrycznej aglomeracji warszawskiej. Liczba jej mieszkańców, zależnie od koncepcji jej zasięgu, wynosi w przybliżeniu od 2,6 do 3 mln. W obszarze tym znajduje się około 20 miast.