Algier liegt durchschnittlich zehn Meter über dem Meeresspiegel in der gleichnamigen Provinz im westlichen Teil einer Bucht des Mittelmeeres, an den Berghängen des algerischen Sahel (Sahel algérois), einem Ausläufer des Atlas-Gebirges.
Hinter dem nur schmalen, buchtenreichen Saum der Mittelmeerküste erhebt sich der steil ansteigende Tellatlas mit der algerischen Hauptstadt. Der durch Becken, Längs- und Quertäler gegliederte Gebirgszug erreicht östlich von Algier in der wildzerschluchteten Kabylei 2.308 Meter Höhe. Auf seiner Südseite fällt der Tellatlas zum Hochland der Schotts (391 Meter bis weit über 1.000 Meter über dem Meeresspiegel) ab, das im Inneren zahlreiche abflusslose, versumpfte Salzseen, die sogenannten Schotts, aufweist.
Die meist kurzen Dauerflüsse in der Küstenregion können sich durch heftige Regenfälle in reißende Ströme verwandeln. In der Umgebung von Algier, an der ausreichend beregneten Nordseite des Tellatlas, wachsen mediterrane Sträucher wie Macchie, Aleppo-Kiefern, Korkeichen und Steineichen sowie (über 1.600 Meter) Zedern; in der Kabylei gibt es noch zusammenhängende Waldgebiete.
Die Provinz hat eine Fläche von 865 Quadratkilometer. Davon gehören 273 Quadratkilometer (32 Prozent) zur eigentlichen Stadt (dem geographischen Stadtgebiet), 592 Quadratkilometer (68 Prozent) bestehen aus Vorstädten und Gebieten mit ländlicher Siedlungsstruktur. Das städtische Siedlungsgebiet hat eine Ausdehnung von etwa 30 Kilometer.