Guayaquil liegt am Westufer des Guayas, etwa 50 km oberhalb von dessen Mündung in den Golf von Guayaquil. Der Guayas ist ein in Guayaquil stattfindender Zusammenfluss des Daule und des Babahoyo. Das ursprüngliche Zentrum von Guayaquil liegt auf geringer Höhe zwischen drei Hügeln und dem Estero Salado, einem weit ins Landesinnere ragenden Meeresarm, der im heutigen Stadtgebiet zum Teil ausgetrocknet und u. a. mit gehobenen Wohnvierteln bebaut worden ist.
Das Klima in Guayaquil ist tropisch, also schwül-heiß. Das Jahr teilt sich in eine Trocken- und eine Regenzeit ("Winter"). Letztere dauert von etwa Januar bis Juni. Die Jahresdurchschnittstemperatur liegt bei 24,9 °C, der durchschnittliche Niederschlag beträgt 843 Millimeter pro Jahr.