Municipi i cap de comarca del Barcelonès, a la costa mediterrània, en una plana d'uns 5 km d'amplària limitada per la mar, la Serralada Litoral (o de Marina) i els deltes del Llobregat i del Besòs. Aquesta plana, en gran part ocupada per construccions urbanes, llevat de la part més meridional del delta del Llobregat, té uns 170 km2, però només uns 60 km2 corresponen al municipi de Barcelona. El terme municipal enclou també, al vessant interior de la Serralada Litoral, l'antic terme de Vallvidrera i una part del de Santa Creu d'Olorda. Els dos grans eixos de comunicació en direcció nord-sud que travessen la Catalunya central (el Llobregat i la línia Besòs-Congost-Ter) convergeixen al pla de Barcelona; així la ciutat es beneficia dels dos passos que aquests eixos han forjat a través de la Serralada Litoral (el congost de Martorell i el coll de Finestrelles, sota el turó de Montcada) per tal com faciliten el contacte amb la gran via longitudinal de comunicació que és la Depressió Pre-litoral entre l'Empordà i el Camp de Tarragona.