西安市位於黃河流域中部關中盆地，東經107°40′—109°49′和北緯33°42′—34°45′之間。東以零河和灞源山地為界，與渭南市華州區和臨渭區、商洛市商州區和洛南縣相接；西以太白山地及青化黃土台塬為界，與眉縣、太白縣接壤；南至北秦嶺主脊，與佛坪縣、寧陝縣、柞水縣分界；北至渭河，東北跨渭河，與咸陽市區、楊凌區和三原、涇陽、興平、武功、扶風、富平等縣（市）相鄰。轄境東西長204千米，南北寬116千米。總面積10108平方千米，其中市區面積3582平方千米。
河流、水資源
西安地區自古有「八水繞長安」之美稱。市區東有灞河、滻河，南有潏河、滈河，西有皂河、灃河，北有渭河、涇河，此外還有黑河、石川河、澇河、零河等較大河流。其中絕大多數屬黃河流域的渭河水系。渭河橫貫西安市境內約150千米，年徑流量25億立方米。西安地下水儲量估算，總計19.91億立方米。還另闢有較理想的水源基地。2001年12月，黑河水利樞紐主體工程建成，每年向西安供水4億立方米，形成日供水能力120萬噸，加上地下水資源，市區日供水能力172萬噸，基本滿足城市生產生活用水。
土壤
西安市土壤分布形成南北兩個差異明顯的區域，北部的渭河平原以黃褐土、褐土為代表，南部的秦嶺山地以黃棕壤、棕壤為代表。據1980—1986年土壤普查，全市有12個土類24個土壤亞類50個土屬，計181個土種。土壤類型的複雜多樣，為區內農作物的多品種組合提供了有利條件。
動植物
西安的自然植被未遭受第四紀大陸冰川直接侵襲，尚保留若干第三紀古老的孑遺植物，如銀杏、水青樹、連香、馬甲子等。秦嶺山地從高海拔向低海拔垂直分布有高山灌叢草甸、針葉林、針闊葉混交林和落葉闊葉林等自然植被類型。自然植被中野生植物資源豐富，計有野生植物138科681屬2224種，為中國種子植物的重要基因庫之一。渭河平原主要為大田農作物、蔬菜、果園和城市綠化等栽培植物類型。野生動物資源主要分布在秦嶺山地，有獸類55種、鳥類177種，包括有大熊貓、金絲猴、扭角羚秦嶺亞種、鬣羚、大鯢、黑鸛、白冠長尾雉、血雉、金雞等珍稀動物。為保護自然生態系統和珍稀動植物資源，境內已建立3個國家級自然保護區。
礦產資源
西安境內地層發育複雜，構造類型多樣，為各種礦產資源的形成提供了有利條件。已發現的礦產資源共47種，其中金屬礦產21種、非金屬礦產22種、能源礦產2種、其他礦產2種。大部分金屬和非金屬礦產分布在南部秦嶺山區。秦嶺以北平原地區具有良好的儲存地熱水的地質條件，僅城區可以開發的地熱面積約780平方千米，地下熱水可采儲量約為5.39億立方米。
◆氣候
西安市屬暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候，冷暖乾濕，四季分明。冬季寒冷、風小、多霧霾、少雨雪；春季溫暖、乾燥、多風、氣候多變；夏季炎熱多雨，伏旱突出，多雷雨大風；秋季涼爽，氣溫速降，秋霖明顯。年平均氣溫13.1℃—3℃，最冷1月平均氣溫-1.2℃—0.5℃，最熱7月平均氣溫5℃—27.0℃，年極端最低氣溫-21.2℃（藍田1991年12月28日），年極端最高氣溫43.4℃（長安1966年6月19日）。年降水量528.3—718.5毫米，由北向南遞增。7月、9月為明顯降水高峰。年日照時數1595.6—2035.8小時，年主導風向各地有差異，西安市區常年盛行東北風，周至、鄠邑區、長安為西風，高陵、臨潼為東北偏東風，藍田為東風。年內主要氣象災害有乾旱、高溫、大風、沙塵、雷電、冰雹、暴雨、低溫凍害、連陰雨和霧霾。