Москва находится в центре европейской части России, в междуречье Оки и Волги, на стыке Смоленско-Московской возвышенности (на западе), Москворецко-Окской равнины (на востоке) и Мещёрской низменности (на юго-востоке). Территория города на 2010 год составляет 1081 кмІ, что делает его самым маленьким по площади субъектом Российской Федерации. Основная часть (877 кмІ) находится внутри кольцевой автомагистрали (МКАД), остальные 204 кмІ - за кольцевой автодорогой.
Средняя высота над уровнем моря составляет 156 м. Наивысшая точка находится на Теплостанской возвышенности и составляет 255 м. Протяжённость Москвы (без учёта чересполосных участков) с севера на юг в пределах МКАД - 38 км, за пределами МКАД - 51,7 км, с запада на восток - 39,7 км.
Город располагается на обоих берегах реки Москвы в её среднем течении. Помимо этой реки, на территории города протекает несколько десятков других рек, наиболее крупные из которых - притоки Москвы, в частности Сходня, Химка, Пресня, Неглинная, Яуза и Нищенка (левые), а также Сетунь, Котловка и Городня (правые). Многие малые реки (Неглинная, Пресня и др.) в пределах города протекают в коллекторах.
Выгодное географическое положение города всегда оказывало благоприятное влияние на его судьбу. Лежавшая между западными и восточными русскими землями, Москва оказалась в середине территории, на которой формировалась русская нация. Благодаря этому в Москве интенсивно развивались торговля, ремесла, именно Москва собирала народ в важнейшие моменты русской истории. Развитию столицы способствовало и то, что стояла она на перекрестке водных и сухопутных торговых путей, а природные ресурсы окружающих районов (лес, известняки, глина, руды) создавали хорошую сырьевую базу для промыслов и ремесел.