青岛市地处山东半岛南部，东、南濒临黄海，东北与烟台市毗邻，西与潍坊市相连，西南与日照市接壤；总面积为11282平方千米。
青岛所处大地构造位置为新华夏隆起带次级构造单元——胶南隆起区东北缘和胶莱凹陷区中南部。区内缺失整个古生界地层及部分中生界地层，但白垩系青山组火山岩层发育充分，在青岛市出露十分广泛。岩浆岩以元古代胶南期月季山式片麻状花岗岩及中生代燕山晚期的艾山式花岗闪长岩和崂山式花岗岩为主。市区全部坐落于该类花岗岩之上，建筑地基条件优良。构造以断裂构造为主。自第三纪以来，区内以整体性较稳定的断块隆起为主，上升幅度一般不大。
青岛为海滨丘陵城市，地势东高西低，南北两侧隆起，中间低凹。其中，山地约占青岛市总面积（下同）的15.5%，丘陵占2.1%，平原占37.7%，洼地占21.7%。青岛市海岸分为岬湾相间的山基岩岸、山地港湾泥质粉砂岸及基岩砂砾质海岸等3种基本类型。浅海海底则有水下浅滩、现代水下三角洲及海冲蚀平原等。青岛市大体有3个山系。东南是崂山山脉，山势陡峻，主峰海拔1132.7米。从崂顶向西、北绵延至青岛市区。北部为大泽山（海拔736.7米，平度境内诸山及莱西部分山峰均属之）。南部为大珠山（海拔486.4米）、小珠山（海拔724.9米）、铁橛山（海拔595.1米）等组成的胶南山群。市区的山岭有浮山（海拔384米）、太平山（海拔150米）、青岛山（海拔128.5米）、北岭山（海拔116.4米）、嘉定山（海拔112米）、信号山（海拔99米）、伏龙山（海拔86米）、贮水山（海拔80.6米）等。
青岛地处北温带季风区域，属温带季风气候。市区由于海洋环境的直接调节，受来自洋面上的东南季风及海流、水团的影响，故又具有显著的海洋性气候特点。空气湿润，雨量充沛，温度适中，四季分明。春季气温回升缓慢，较内陆迟1个月；夏季湿热多雨，但无酷暑；秋季天高气爽，降水少，蒸发强；冬季风大温低，持续时间较长。据1898年以来100余年气象资料查考，市区年平均气温12.7℃，极端高气温38.9℃（2002年7月15日），极端低气温-16.9℃（1931年1月10日）。全年8月份最热，平均气温25.3℃；1月份最冷，平均气温-0.5℃。日最高气温高于30℃的日数，年平均为11.4天；日最低气温低于-5℃的日数，年平均为22天。降水量年平均为662.1毫米，春、夏、秋、冬四季雨量分别占全年降水量的17%、57%、21%、5%。年降水量最多为1272.7毫米（1911年），最少仅308.2毫米（1981年），降水的年变率为62%。年平均降雪日数只有10天。年平均气压为1008.6毫巴。年平均风速为5.2米/秒，以南东风为主导风向。年平均相对湿度为73%，7月份最高，为89%；12月份最低，为68%。青岛海雾多、频，年平均浓雾51.3天、轻雾108.2天。
青岛市共有大小河流224条，均为季风区雨源型，多为独立入海的山溪性小河。流域面积在100平方千米以上的较大河流33条，按照水系分为大沽河、北胶莱河以及沿海诸河流三大水系。
大沽河水系，包括主流及其支流，主要支流有小沽河、五沽河、流浩河和南胶莱河。大沽河是青岛市最大的河流，发源于招远市阜山，由北向南流入青岛，经莱西、平度、即墨、胶州和城阳，至胶州南码头村入海。干流全长179.9千米，流域面积6131.3平方千米（含南胶莱河流域1500平方千米），是胶东半岛最大水系。大沽河多年平均径流量为6.61亿立方米。该河20世纪70年代前，径流季节性较强，夏季洪水暴涨，常年有水；之后，除汛期外，中、下游已断流。
北胶莱河水系，包括主流北胶莱河及诸支流，在青岛境内的主要支流有泽河、龙王河、现河和白沙河，总流域面积1914.0平方千米。北胶莱河发源于平度市万家镇姚家村分水岭北麓，沿平度市与昌邑市边界北去，于平度市新河镇大苗家村出境流入莱州湾。干流全长100千米，流域面积3978.6平方千米。该河多年平均径流量为2.53亿立方米，多年平均含沙量为0.24千克/立方米。
沿海诸河系，指独流入海的河流，较大者有白沙河、墨水河、王哥庄河、白马河、吉利河、周疃河、洋河等。