長沙位于中國的中南部，長江以南的湖南省東部偏北區域。它坐落在洞庭湖平原的南部邊緣，向湘中丘陵盆地過渡，周邊與岳陽、益陽、婁底、株洲、湘潭和萍鄉等地相連。總面積達到11819平方公里，市區面積為556.33平方公里，而建成區面積則超過了200平方千米。大圍山七星嶺海拔1607.9米，是區域內最高峰，而岳麓山的云麓峰則以300.8米的高度成為市區內最高峰。湘江是長沙最重要的河流，由南向北貫穿整個城市，全長約75公里。它不僅南北橫跨長沙城區，將城市分為河東和河西兩個部分，河東區域主要以商業經濟為主，而河西則以文化教育為主要產業。2001年10月10日，市政府辦公地點從河東的藩正街搬遷至河西的觀沙嶺，旨在推動河西經濟的發展，以實現兩岸的均衡。長沙的地圖坐標為東經111°53'至114°5'，北緯27°51'至28°40'，東西長約230公里，南北寬約88公里。整體地勢呈現東西向的長條形狀，北部、西部和南部邊緣為山地，東南部則是丘陵地帶，東北部則以崗地為主。土壤以板頁巖風化物為主，夾雜有紅土和砂礫巖等。長沙屬于亞熱帶季風性濕潤氣候，四季分明。春末夏初多雨，夏末秋季則較為干燥；春季天氣變化無常，夏季和秋季則多晴天，冬季短暫而炎熱，全年無霜期約為275天，年平均氣溫為16.8～17.2℃，年平均降水量為1422.4毫米。水資源以地表水為主，水源充足，年均地表徑流量達808億立方米。除了湘江外，還有15條支流匯入湘江，其中瀏陽河、撈刀河、靳江和溈水是主要支流。最大的水庫包括寧鄉境內的黃材水庫和瀏陽境內的朱樹橋水庫。