Das Stadtgebiet liegt hauptsächlich am Südufer des Songhua Jiang, eines Nebenflusses des Heilong Jiang. Das Nordufer wird als Naherholungsgebiet ausgebaut. Das Stadtgebiet ist weitestgehend eben.
Harbin liegt zwischen 125°42' - 130°10' Ost und 44°04' - 46°40' Nord.