Die Landeshauptstadt Kiel erstreckt sich hufeisenförmig um den Naturhafen Kieler Förde, der einen wichtigen Seehafen an der Ostsee darstellt. Der nördlichste Kieler Stadtteil, Schilksee, liegt an der offenen Ostsee.

Die rund 17 Kilometer lange Kieler Förde liegt zwischen den Landschaften Dänischer Wohld im Westen und Wagrien im Osten und erstreckt sich von ihrem südlichen Ende, der Hörn neben dem Stadtzentrum von Kiel, bis zur Außenförde, die in die Kieler Bucht übergeht.

Bei Neumühlen-Dietrichsdorf am Kieler Ostufer mündet der Fluss Schwentine in die Förde. In Kiel-Holtenau am Westufer befinden sich die Schleusenanlagen des Nord-Ostsee-Kanals (NOK; internationale Bezeichnung Kiel Canal, bis 1948 in Deutschland Kaiser-Wilhelm-Kanal).

Die Umgebung Kiels ist von Moränenhügeln geprägt und geht im Osten in die Holsteinische Schweiz über.

Kreis Plön: Mönkeberg und Schönkirchen (Amt Schrevenborn), Stadt Schwentinental (bis zum 29. Februar 2008 die amtsfreien Gemeinden Klausdorf und Raisdorf) sowie Pohnsdorf, Honigsee und Boksee (alle Amt Preetz-Land)

Kreis Rendsburg-Eckernförde: Flintbek (Amt Flintbek), Molfsee und Mielkendorf (Amt Molfsee), Melsdorf und Ottendorf (Amt Achterwehr), Kronshagen (amtsfreie Gemeinde), Neuwittenbek und Felm (Amt Dänischer Wohld), Altenholz (amtsfreie Gemeinde), Dänischenhagen und Strande (Amt Dänischenhagen)

Das Stadtgebiet Kiels ist heute in 30 Stadtteile eingeteilt. Meistens bilden ein oder mehrere Stadtteile zusammen einen der insgesamt 18 Ortsteile mit je einem Ortsbeirat.

Kiel befindet sich in der gemäßigten Klimazone. Der Sommer fällt normalerweise kühl bis mild aus (circa 17 °C), und der Winter ist maritim geprägt und für die nördliche Lage eher mild (um 2 °C). Die größten Niederschlagsmengen fallen im Juli (circa 90 mm pro Monat). Die Jahresdurchschnittstemperatur beträgt etwa 9 °C.