El mar Mediterráneo acaricia la costa de la ciudad de Barcelona, mientras que la cordillera de Collserola protege la ciudad por el lado oeste con un paisaje de bosques muy diverso, con cultivos, prados secos, pinares, encinares y vegetación de ribera.

La capital catalana, situada a 166 kilómetros de la frontera con Francia y a 120 kilómetros del sur de los Pirineos, está delimitada por dos ríos: el Llobregat por el sur y el Besòs por el norte.

El llano de Barcelona más próximo a la cordillera litoral se encuentra salpicado de pequeñas colinas (Monterols, el Putget, el Carmel, la Rovira y la Peira), y antiguamente había muchas rieras y pequeños pantanales. Cerca del litoral se levanta la montaña de Montjuïc, con una altura de 191,7 metros.

Barcelona, que tiene una superficie de 100,4 kilómetros cuadrados, forma parte de la comarca de El Barcelonès, junto con Santa Coloma de Gramenet, Badalona y Sant Adrià, en el norte, y L'Hospitalet de Llobregat, en la frontera sur de la ciudad.

El clima de Barcelona es de tipo mediterráneo, con veranos cálidos y húmedos, e inviernos con un frío moderado, con más precipitaciones hacia el otoño y la primavera. La temperatura media anual según el Observatorio de Can Bruixa del año 2005 ha sido de 17,6 grados.