Hamburg liegt in Norddeutschland an der Mündung von Alster und Bille in die Elbe, die 110 km weiter nordwestlich in die Nordsee fließt. Der natürliche Tidehafen erstreckt sich über die gesamte Breite der Elbe, hauptsächlich jedoch auf das Südufer der Norderelbe gegenüber den Stadtteilen St. Pauli und Altona. Die beiden Ufer sind durch Brücken im Osten sowie durch den Alten und Neuen Elbtunnel verbunden. Das Land südlich und nördlich des Flusses ist Geest, höher gelegene Flächen, die durch die Sand- und Geröllablagerungen der Gletscher während der Eiszeiten entstanden sind. Die unmittelbar am Fluss liegenden Marschen wurden auf beiden Seiten der Elbe über Jahrhunderte vom Flutwasser der Nordsee überschwemmt, wobei sich Sand und Schlick abgelagert haben. Inzwischen ist die Elbe beidseitig eingedeicht. Alte Deichanlagen erinnern in den Außenorten noch an die Zeit, als bei Hochwasser ganze Viertel unter Wasser standen.
Der Alster-Strom wird im Stadtzentrum zum gleichnamigen künstlichen See aufgestaut. Dieser teilt sich in die größere Außenalster und die kleinere, vom historischen Kern der Stadt umschlossene Binnenalster. Die Zuflüsse zur Alster wie die Alster selbst sind im Stadtgebiet zum Teil kanalisiert. Sie sind zumeist von ausgedehnten öffentlichen Parkanlagen gesäumt. Die zahlreichen Fleete, Flüsschen und Kanäle der Stadt werden von mehr als 2500 Brücken überspannt. Hamburg ist damit die brückenreichste Stadt Europas und hat mehr Brücken als Venedig (400), Amsterdam (1.200) und London zusammen.
Die heutigen Grenzen der Stadt Hamburg bestehen seit dem Groß-Hamburg-Gesetz, das am 1. April 1937 in Kraft trat. Die Stadt ist nach Berlin sowohl von ihrer Einwohnerzahl wie auch von ihrer Fläche her die zweitgrößte Stadt Deutschlands.
Hamburg grenzt im Norden an Schleswig-Holstein und im Süden an Niedersachsen.
Zu Hamburg gehören die Nordseeinseln Neuwerk, Scharhörn und Nigehörn sowie der Nationalpark Hamburgisches Wattenmeer. Sie unterstehen administrativ dem Hamburger Bezirk Mitte.
Flüsse
Alster, Nebenflüsse: Wandse, Eilbek, Osterbek, Goldbek, Tarpenbek, Isebek, Lottbek, Kollau
Elbe, Unterelbe (Norder-, Süderelbe, Köhlbrand, Reiherstieg, Rethe), Dove Elbe, Gose Elbe
Flottbek
Erhebungen
Höchste Erhebung ist mit 116,2 m ü. NN der Hasselbrack in einem Nordausläufer der Harburger Berge.