A főváros területe 525 km². Pest megye öleli körül, melynek 81 települése Budapest agglomerációjához tartozik. A főváros észak-déli irányban 25, kelet-nyugati irányban 29 km kiterjedésű. Legmélyebb pontja a Duna szintje, amely közepes vízállásnál 96 méterre, míg legmagasabb pontja, a János-hegy 529 méterre van a tengerszint felett.

Magyarország közlekedésében központi szerepet kap, mivel Budapestre futnak be a sugárirányú autópályák és nemzetközi jelentőségű vasútvonalak. Területét az észak-déli irányú Duna két alapvetően eltérő részre osztja. A folyó jobb partján, a nyugati oldalon a Budai-hegység helyezkedik el. A bal parton pedig, a város keleti oldalán a Pesti-síkság húzódik, amelyet északkeletről a Gödöllői-dombság lankái öveznek.

Buda alapvetően lakó- és pihenőövezet, északi és déli részén gazdasági övezetekkel, míg Pest igazgatási, kereskedelmi és ipari központ, nagy lakóterületekkel és szórakoztató létesítményekkel.

A Duna budapesti szakaszán három sziget található. Ezek közül a legnagyobb a déli Csepel-sziget, melynek csak északi csúcsa van a városhatáron belül; ezt követi a város szívében elhelyezkedő, történelmi múltra visszatekintő Margit-sziget, ettől északra pedig az Óbudai-, más néven Hajógyári-sziget fekszik. A város északi határán túl kezdődik a Dunakanyarig felnyúló Szentendrei-sziget.