Quito liegt im nördlichen Zentrum Ecuadors in der Andenregion (Sierra), im Osten der Provinz Pichincha. Das Stadtzentrum liegt etwa 22 km südlich des Äquators, der nördliche Stadtrand etwa 13 km. Die Stadt befindet sich etwa zwischen 0° 4' und 0° 20' südlicher Breite und zwischen 78° 25' und 78° 33' westlicher Länge.[1]
Die Stadt verläuft in einer Nord-Süd-Achse in einem für die Anden typischen schmalen Längstal direkt am östlichen Rand des Vulkans Pichincha, das zum Guayllabamba-Becken (auch Quito-Becken genannt) gehört, einem der acht innerandinen Becken in Ecuador, das sich in Nord-Süd-Richtung etwa 50km und in Nord-Ost-Richtung etwa 4km weit erstreckt. Der südliche Abschluss des Beckens findet sich am Berg Atacazo (bei Machachi), der nördliche am Pululagua (bei San Antonio de Pichincha). Die Stadt liegt direkt am Fuße des nicht aktiven und nicht vergletscherten Vulkans Rucu Pichincha (4.690 m), der sich an der Ostseite von Quito erhebt und hier die Grenze des Beckens bildet. Der unmittelbar dahinterliegende Vulkan Guagua Pichincha ist leicht aktiv und etwas höher (4.794 m), kann aber von Quito aus direkt nicht gesehen werden. Auf der Westseite bilden eine Reihe kleinerer Vulkane und Berge die Grenze, an denen der Fluss Guayllabamba verläuft. Die südlich der Altstadt von Quito gelegene Bergkuppe Panecillo wird als mittlere Scheide angesehen, die eine Südebene vom Nordtal trennt. Zur Südebene gehört unter anderem das Valle de los Chillos (mit Chillogallo), im Nordtal liegen die nördlichen Stadtteile Quitos sowie die höhergelegenene Gebiete um Iñaquito und Cotocollao.[2]
Man hat von Quito eine spektakuläre Aussicht nach Südosten auf den Vulkan Cotopaxi (5.897 m). In der weiteren Umgebung befinden sich außerdem die aktiven Vulkane Cayambe (5.790 m), Antisana (5.705 m), Illiniza (5.263 m) und zahlreiche kleinere. Neben dem Guayllabamba ist der Machángara der wichtigste Fluss; er fliesst in Richtung Osten durch eine durch sein Tal gebildete, aus Steilhängen bestehende Unterbrechung der östlichen Begrenzung des Tals, hinter der Guápulo und das Tal von Tumbaco liegen. Weitere Flüsse sind der Monjas, der Pita und der Río San Pedro, die allesamt zum Flusssystem des Guayllabamba gehören.