Kota Medan terletak di bagian utara Pulau Sumatera. Posisi koordinatnya adalah 3°35′LU dan 98°40′BT. Kota Medan berbatasan dengan Selat Malaka di sebelah utara dan Kabupaten Deli Serdang di sebelah barat, timur, dan utara.

Medan Sumatera menjadi tempat yang strategis sebab berada di jalur pelayaran Selat Malaka. Dengan demikian, kota ini menjadi pintu gerbang kegiatan ekonomi domestik dan mancanegara yang melalui Selat Malaka. Selain itu, Medan juga berbatasan dengan Kabupaten Deli Serdang dan juga beberapa daerah kaya sumber daya alam, mempengaruhi kemampuan Medan dalam hal ekonomi sehingga memiliki hubungan kerjasama yang saling memperkuat dengan daerah sekitarnya.

Luas Kota Medan adalah sekitar 26.510 hektar atau setara dengan 265,10 km². Dengan kata lain, Kota Medan memiliki wilayah 3,6% dari keseluruhan Sumatera Utara. Kota Medan jika diperlihatkan secara topografinya cenderung miring ke utara. Kota ini berada pada 2,5 hingga 3,5 meter di atas permukaan laut.

Beberapa Sungai yang mengaliri Kota Medan adalah Sungai Belawan, Sungai Badera, Sungai Sikambing, Sungai Putih, Sungai Babura, Sungai Deli, Sungai Sulang-Saling, Sungai Kera, dan Sungai Tuntungan. Pemerintah juga telah membuat kanal besar dengan nama Medan Kanal Timur agar dapat mencegah banjir di beberapa wilayah Kota Medan. Menara Air Tirtanadi adalah sebuah bangunan yang menjadi ikon Kota Medan.