Москва находится в центральной части Восточно-Европейской равнины, в междуречье Оки и Волги, на средней высоте 180 м над уровнем моря. На юго-западе граничит с Калужской областью.

Город стоит на реке Москве, возвышаясь над нею на 30-35 метров. Рельеф столицы Российской Федерации не однороден, он представлен невысокими холмами и низменными песчано-глиняно-известняковыми участками, на которых заметны небольшие моренные поднятия.

Наиболее высокие точки рельефа расположены в юго-западной части столицы, куда заходит Теплостанская возвышенность (максимальная высота — 255 метров), и в северо-западном районе (в районе Химкинского водохранилища), где простираются оконечности южного склона Московской возвышенности. Самые низкие участки городского рельефа находятся на востоке и юго-востоке столицы, куда заходят окраины Мещерской низменности.

На территории Москвы и Московской области насчитывается множество различных водоёмов: маленьких озёр, ручьёв и речек, большая часть которых впадает в Москву-реку. В пределах городской черты крупнейшую водную артерию столицы питают реки Яуза, Сетунь, заключённые в коллекторы мелкие речушки Неглинная, Пресня и другие. Москва-река пересекает столицу в направлении с северо-запада на юго-восток и тянется в пределах городской черты почти на 80 километров, образуя несколько излучин.

Город окружен лесопарковым поясом, причем там ещё отчасти сохранилась естественная растительность. Здесь преобладают сосновые леса, произрастающие на песчаных дерново-подзолистых почвах, встречаются также торфяные болота.

Особенности московского рельефа во многом обусловлены активной человеческой деятельностью: на протяжении многих веков местное население вносило изменения в окружающую природу, о чём свидетельствует наличие так называемого культурного слоя, состоящего из переработанного грунта и остатков старых фундаментов и мостовых, и достигающего в центральных районах города 10-20 метров.