Hà Nội nằm ở đồng bằng châu thổ sông Hồng trù phú, sau khi mở rộng địa giới hành chính vào tháng 8 năm 2008, Hà Nội có diện tích 3.324,92km2, gồm 10 quận, 18 huyện và một thị xã là:

 Quận Hoàn Kiếm, Ba Đình, Hai Bà Trưng, Tây Hồ, Cầu Giấy, Đống Đa, Hoàng Mai, Long Biên, Thanh Xuân, Hà Đông; các huyện: Đông Anh, Từ Liêm, Sóc Sơn, Gia Lâm, Thanh Trì, Ba Vì, Chương Mỹ, Đan Phượng, Hoài Đức, Mỹ Đức, Phú Xuyên, Phúc Thọ, Quốc Oai, Thạch Thất, Thanh Oai, Thường Tín, Ứng Hòa, Mê Linh và Thị xã Sơn Tây.

Nằm ở phía Tây Bắc của vùng Đồng bằng Châu thổ sông Hồng, Hà Nội có vị trí từ 20053’ đến 21023’ vĩ độ Bắc và 105044’ đến 106002’ kinh độ Đông, tiếp giáp với các tỉnh Thái Nguyên, Vĩnh Phúc ở phía Bắc; Hà Nam, Hoà Bình ở phía Nam; Bắc Giang, Bắc Ninh và Hưng Yên ở phía Đông; Hoà Bình cùng Phú Thọ ở phía Tây. Địa hình Hà Nội thấp dần theo hướng từ Bắc xuống Nam và từ Tây sang Đông với độ cao trung bình từ 5 đến 20 mét so với mực nước biển.

Hà Nội có sông Hồng là con sông chính chảy qua thành phố, sông Hồng bắt đầu chảy vào Hà Nội ở huyện Ba Vì và ra khỏi thành phố ở khu vực huyện Phú Xuyên tiếp giáp với Hưng Yên. Đoạn sông Hồng chảy qua Hà Nội dài 163 km, chiếm khoảng một phần ba chiều dài của con sông này trên đất Việt Nam. Hà Nội còn có sông Đà là ranh giới giữa Hà Nội với Phú Thọ, hợp lưu với dòng sông Hồng ở phía Bắc thành phố tại huyện Ba Vì. Ngoài ra, qua địa phận Hà Nội còn nhiều sông khác như sông Đáy, sông Đuống, sông Cầu, sông Cà Lồ... Các sông nhỏ chảy trong khu vực nội thành có sông Tô Lịch, sông Kim Ngưu... đây là những đường tiêu thoát nước của thành phố.

Nhờ phù sa bồi đắp, ba phần tư diện tích tự nhiên của Hà Nội là đồng bằng, nằm ở  hữu ngạn sông Đà, hai bên sông Hồng và chi lưu các con sông khác. Phần diện tích đồi núi phần lớn thuộc các huyện Sóc Sơn, Ba Vì, Quốc Oai, Mỹ Đức với các đỉnh như Ba Vì cao 1.281m, Gia Dê 707m, Chân Chim 462m, Thanh Lanh 427m, Thiên Trù 378m… Khu vực nội thành có một số gò đồi thấp, như gò Đống Đa, núi Nùng.

Hà Nội là một thành phố với nhiều đầm hồ, dấu vết còn lại của các dòng sông cổ. Trong khu vực nội thành, Hồ Tây có diện tích lớn nhất, khoảng 500ha, đóng vai trò quan trọng trong điều hòa thủy văn; Hồ Gươm lá phổi xanh nằm ở trung tâm của thành phố, luôn giữ một vị trí đặc biệt đối với Hà Nội; và các hồ: Trúc Bạch, Thiền Quang, Thủ Lệ, Thanh Nhàn, Đống Đa, Ngọc Khánh, Hoàng Cầu, Thành Công, Ba Mẫu, Bảy Mẫu, Giảng Võ, Láng, Bách Thảo, Ngọc Hà, Văn Chương, Quảng Bá, Yên Sở… Ngoài ra, những hồ đầm khác được biết đến như Kim Liên, Linh Đàm, Ngải Sơn - Đồng Mô, Suối Hai, Mèo Gù, Xuân Khanh, Tuy Lai, Quan Sơn…
Với tất cả những lợi thế mà Hà Nội đang có sẽ là nền tảng để Hà Nội toả sáng trên đường hội nhập và phát triển bền vững xứng đáng là thành phố ngàn năm văn hiến, Thành phố vì hoà bình, Thủ đô Anh hùng.