西安市位于中國大陸腹地黃河流域中部的關中盆地，東經107°40′～109°49′和北緯33°39′～34°45′之間。東以零河和灞源山地為界，與華縣、渭南市、商州市、洛南縣相接；西以太白山地及青化黃土臺塬為界，與眉縣、太白縣接壤；南至北秦嶺主脊，與佛坪縣、寧陜縣、柞水縣分界；北至渭河，東北跨渭河，與咸陽市市區(qū)和楊凌區(qū)、三原、涇陽、興平、武功等縣和扶風縣、富平縣相鄰。轄境東西204公里，南北116公里；面積9983平方公里，其中市區(qū)面積1066平方公里。 面積9983平方公里。秦嶺山脈橫旦于西安以南，山脊海拔2000-2800米，是我國地理上北方與南方的重要分界。

西安以北，陜甘黃土高原邊，由梁山、黃龍山、藥王山、隴山組成的北山山系，與秦嶺山脈遙相對應，共同構成環(huán)繞關中平原的自然屏障。黃河的最大支流渭河橫貫關中平原。關中平原由渭河及其眾多支流沖積形成，因而又稱渭河平原。它西起寶雞，東到黃河，號稱“八百里秦川”。

西安市的地質構造兼跨秦嶺地槽褶皺帶和華北地臺兩大單元。距今約1．3億年前燕山運動時期產生橫跨境內的秦嶺北麓大斷裂，自距今約300萬年前第三紀晚期以來，大斷裂以南秦嶺地槽褶皺帶新構造運動極為活躍，山體北仰南俯劇烈降升，造就秦嶺山脈；與此同時，大斷裂以北屬于華北地臺的渭河斷陷繼續(xù)沉降，在風積黃土覆蓋和渭河沖積的共同作用下形成渭河平原。

西安市境內海拔高度差異懸殊位居全國各城市之冠。巍峨峻峭、群峰競秀的秦嶺山地與坦蕩舒展、平疇沃野的渭河平原界限分明，構成西安市的地貌主體。秦嶺山脈主脊海拔2000～2800米，其中西南端太白山峰巔海拔3767米，是中國大陸中部最高山峰。渭河平原海拔400～700米，其中東北端渭河床最低處海拔345米。西安城區(qū)便建立在渭河平原的二級階地上。