Mexiko-Stadt liegt am südlichen Ende des 60 Kilometer langen und 100 Kilometer breiten Tals von Mexiko auf einer Höhe von durchschnittlich 2.308 Meter über dem Meeresspiegel und ist auf drei Seiten von Bergen umgeben – unter anderem von den berühmten Zwillingsvulkanen Popocatépetl und Iztaccíhuatl sowie der Sierra Nevada.
Aufgrund dieser Lage ist die Smoggefahr ständig sehr hoch. Seit Jahrhunderten ist dieses Becken der Mittelpunkt des Landes, lange bevor von einer mexikanischen Nation die Rede sein konnte. Der Bundesbezirk (Distrito Federal) hat eine Fläche von 1.499,03 Quadratkilometer. Er grenzt im Norden, Osten und Westen an den Bundesstaat México und im Süden an den Bundesstaat Morelos.
Zur Metropolregion von Mexiko-Stadt gibt es drei verschiedene Definitionen:
„Zona Metropolitana de la Ciudad de Mexico“ (ZMCM): Zu ihr gehören die 16 Stadtbezirke (Delegaciones) der Hauptstadt, 40 Gemeinden (Municipios) des Bundesstaates México und eine Gemeinde des Bundesstaates Hidalgo. Sie hat eine Bodenfläche von 4.986 Quadratkilometer.
„Zona Metropolitana del Valle de México“ (ZMVM): Zu dieser Region zählen neben dem Distrito Federal 58 Gemeinden des Bundesstaates México und eine Gemeinde des Bundesstaates Hidalgo. Sie hat eine Fläche von 7.815 Quadratkilometer.
„Megalópolis del Centro de México“ (MCM): Dazu gehören der Bundesbezirk und weitere 249 Gemeinden in der Umgebung der Hauptstadt, einschließlich der Zonas Metropolitanas von Cuernavaca-Cuautla, Pachuca, Puebla-Tlaxcala und Toluca. Die Gemeinden in der MCM verteilen sich auf die Bundesstaaten wie folgt: México (99), Tlaxcala (52), Puebla (36), Hidalgo (31) und Morelos (31). Das Gebiet erstreckt sich über eine Fläche von 9.763 Quadratkilometer.