Die Stadt liegt im Delta des Mississippi River und hat eine Fläche von 907,0 km². 467,6 km² sind Land, 439,4 km² sind Wasser (48,34 %). Wegen ihrer Lage zwischen dem Mississippi im Süden und dem Lake Pontchartrain im Norden, was ihr einen Stadtumriss in Form einer Sichel gegeben hat, erhielt New Orleans die Bezeichnung Die Sichelstadt (im eng. Original The Crescent City).
Bei ihrer Gründung bebauten französische Siedler ein kleines, etwas höher gelegenes Stück Land, das heute als „French Quarter” bekannt ist. Das Gebiet des heutigen New Orleans ist erst seit 2500 Jahren aus vom Fluss angeschwemmten Sediment entstanden. Es ist größtenteils ein mehrere hundert Meter tiefer Sumpf, welcher sich unter dem Druck seines eigenen Gewichtes verdichtet und bei Ausbleiben der Sedimentabgelagerung weiter unter den Meeresspiegel sinken wird. Seitdem der Mississippi von den Franzosen und anschließend vom U.S. Army Corps of Engineers eingedeicht wurde, sinkt das Gebiet von New Orleans um etwa 8 Millimeter pro Jahr. 70 Prozent der Stadtfläche liegen bis zu 1,6 Meter unterhalb des Meeresspiegels, wobei der angrenzende 1839 km² große Lake Pontchartrain über die Wasserstraße Rigolets Strait und die Lagune Lake Borgne mit dem Golf von Mexiko verbunden ist.
In den 1910er Jahren legte A. Baldwin Wood die Stadt, die von Sümpfen umringt war, mit zahlreichen großen Pumpen trocken. Der auf der südlichen Seite des Mississippis gelegene nahe Naturpark Barataria Preserve in Marrero zeigt Reste der ursprünglichen Landschaft im Mississippi-Delta. Ein Drainagesystem von mehreren hundert Kilometern Länge durchzieht heute New Orleans und entwässert über 22 Pumpstationen bei starkem Regen die gesamte Stadt. Dabei kann eine Wassermenge pro Stunde in den See gepumpt werden, die einer Niederschlagsmenge von 30 Millimetern entspricht. Durch die Trockenlegung konnte New Orleans um erhebliche Flächen erweitert werden, sie führte jedoch auch zu einer ausgedehnten Absenkung des Terrains. Heute ist die Stadt im Norden von einem 5 bis 6 Meter hohen Deich sowie im Süden von einem 9 Meter hohen Deich gegen Wassereinlauf geschützt.