Nürnberg liegt zu beiden Seiten der Pegnitz. Die Pegnitz entspringt etwa 80 Kilometer nordöstlich der Stadt und durchquert das Stadtgebiet auf einer Länge von etwa 14 km von Ost nach West. Im Bereich der Altstadt wurde der Fluß stark kanalisiert. Im benachbarten Fürth fließen die Pegnitz und die Rednitz zusammen und bilden den Fluss Regnitz. Vor allem im Norden und Nordwesten von Nürnberg wurde die Landschaft stark durch die Anschwemmungen der Pegnitz geprägt. Im Norden Nürnbergs befindet sich mit dem Knoblauchsland ein wichtiges Gemüseanbaugebiet.
Der Untergrund Nürnbergs besteht aus weichem Sandstein, der im Keuper entstanden ist. Nördlich von Nürnberg befindet sich die Fränkische Schweiz, ein Mittelgebirge mit einer Höhe von teilweise über 600 Metern über dem Meeresspiegel.