Hannover liegt an der schmalsten Stelle des Leinetals am Übergang zwischen niedersächsischem Berg- und Hügelland und norddeutschem Flachland. Im Stadtgebiet mündet die Ihme in die Leine. Im Westen der Stadt grenzen die Ausläufer des Weserberglandes, im Norden die Ausläufer der Lüneburger Heide an das Stadtgebiet.
Großstädte in unmittelbarer Nachbarschaft sind etwa 25 km südlich Hildesheim, etwa 55 km östlich Braunschweig und etwa 70 km östlich Wolfsburg. Dann folgen mit etwa 90 km in südwestlicher Richtung Bielefeld, Bremen mit etwa 100 km in nordwestlicher Richtung, Hamburg mit etwa 130 km in nördlicher Richtung, Berlin mit etwa 250 km in östlicher Richtung.
Die höchste natürliche Erhebung des Stadtgebiets ist der am Südostrand der Stadt gelegene Kronsberg mit 118 m ü. NN. Die höchste künstliche Erhebung ist der Müllberg Monte Müllo mit 122 m über NN am Nordostrand auf dem Gelände der Mülldeponie Lahe. Eine weitere Erhebung im Stadtgebiet ist der 89 m hohe Lindener Berg, auf dem die Sternwarte der Stadt und diverse Freizeiteinrichtungen untergebracht sind. Hannovers Entfernung bis zur Nordsee beträgt 150 km, zur Ostsee 190 km und zum Harz 70 km.