Almaty befindet sich im Südosten von Kasachstan; nach Süden sind es 80 km bis zur Grenze von Kirgisistan und nach Osten etwa 300 km zur Grenze von China (jeweils Luftlinie).
Almaty liegt am Nordfuß des nördlichsten Gebirgszuges des Tian Shan – Transili-Alatau (russ. Zalij-Alatau), dessen nur schwer überwindliche Bergketten mit Gletschern vom Pik Talgar (5.017 m. ü. NN.), der von fast überall in der Stadt zu sehen ist, gekrönt werden. Der größte Berg innerhalb des Stadtterritoriums heißt Kok-Tjube und ist 1.070 Meter hoch. Zudem befinden sich in der Umgebung von Almaty etwa 300 Gletscher, von denen der Korshnewskogo- und Tujuks-Gletscher die größten sind.
Nördlich von Almaty liegt ein Gebiet mit Steppen und Halbwüsten, das schließlich in die Wüste Mujunkum (russ. Mojynkum) übergeht.