Mumbai liegt an der Küste des Arabischen Meeres im Westen von Indien auf 18,96 Grad nördlicher Breite und 72,82 Grad östlicher Länge sowie im Durchschnitt elf Meter über dem Meeresspiegel.
Das 437,77 Quadratkilometer große Stadtgebiet erstreckt sich auf zwei der Küste vorgelagerten Inseln, die durch Brücken verbunden sind. Das Stadtzentrum von Mumbai befindet sich auf der 70 km² großen südlich gelegenen gleichnamigen Insel, die Außenbezirke von Mumbai und die Stadt Thane auf der 533 Quadratkilometer großen nördlich gelegenen Insel Salsette.
Beide Inseln sind voneinander und vom Festland nur durch schmale Meeresarme getrennt. Von einzelnen steilen Erhebungen bis zu 496 Meter abgesehen, sind sie sehr flach, Teile der Insel Mumbai liegen unter dem Meeresspiegel.
Östlich erstreckt sich der Konkan, ein bis zu 80 Kilometer langer ebener Küstenabschnitt, dahinter befindet sich das 1.600 Meter über der Tiefebene gelegene Hochplateau Westghats (auch Sahyadri). Die Verbindung nach Osten wird durch die sehr steilen Anstiege des Plateaus erschwert.