Firenze si trova in una posizione scenografica, al centro di un’ampia conca ad anfiteatro all’estremità sud-orientale della piana di Firenze-Prato-Pistoia, circondata dalle incantevoli colline argillose di Cercina, appena sopra il quartiere di Rifredi e l’ospedale di Careggi (a nord), dalle colline di Fiesole (a nord-est), di Settignano (a est), e di Arcetri, Poggio Imperiale e Bellosguardo (a sud).
La piana dove sorge la città è attraversata dall’Arno (la città stessa divide il suo corso fra Valdarno superiore e Valdarno inferiore) e da corsi d’acqua minori come il Mugnone, il Terzolle e il fiume Greve.
L’area metropolitana di Firenze-Prato-Pistoia istituita dal Consiglio Regionale della Toscana il 29 marzo 2000 comprende interamente le tre provincie, con una popolazione di circa 1 520 000 abitanti. Le zone pianeggianti dell’area metropolitana costituiscono un ambiente fortemente antropizzato con presenza di ampie zone industriali e commerciali, dove gli spazi naturali sono ridotti.
Le zone collinari hanno da secoli una vocazione agricola e abitativa, con i boschi originari fortemente ridotti, specialmente nelle zone a sud e ad est della città. Nella piana sono presenti aree umide non urbanizzate nella zona ad ovest della città lungo il fiume Arno.