沈阳位于中国东北地区南部,辽宁省中部,南连辽东半岛,北依长白山麓,位处环渤海经济圈之内,是环渤海地区与东北地区的重要结合部,全市总面积逾12948平方公里,市区面积3495平方公里。
沈阳位于辽河平原中部,东部为辽东丘陵山地,北部为辽北丘陵,地势向西、南逐渐开阔平展,由山前冲洪积过渡为大片冲积平原。地形由北东向南西,两侧向中部倾斜。最高处是新城子区马刚乡老石沟的石人山,海拔441米;最低处为辽中区于家房的前左家村,海拔5米。市内最高处在大东区,海拔65米;最低处在铁西区,海拔36米。皇姑区、和平区和沈河区的地势,略有起伏,高度在41.45米之间。
沈阳东陵区多为丘陵山地;新城子区北部有些丘陵山地,往南逐渐平坦;苏家屯区除南部有些丘陵山地外,大部份地区同于洪区一样,都是冲积平原。新民市、辽中区的大部分地区为辽河、浑河冲积平原,有少许沼泽地和沙丘,新民市北部散存一些丘陵。全市低山丘陵的面积为1020平方公里,占全市总面积的12%。山前冲洪积倾斜平原分布于东部山区的西坡,向西南渐拓。
沈阳山地丘陵集中在东北、东南部,属辽东丘陵的延伸部分。西部是辽河、浑河冲积平原,地势由东向西缓缓倾斜。全市最高海拔高度为447.2米,在法库县境内;最低海拔高度为5.3米,在辽中区于家房镇。沈阳东部为低山丘陵,中西部是辽阔平原。由东北向西南倾斜,平均海拔30―50米。
沈阳属于温带半湿润大陆性气候,年平均气温6.2~9.7℃,自1951年有完整的记录以来,沈阳极端最高气温为38.3℃(1952年7月18日),中心城区极端最低气温为-32.9℃(2001年1月15日),近郊近年来最低气温为-35.4℃(沈北新区2001年1月11日);之前沈阳还观测到39.3℃(1920年)的高温,和-33.1℃(1950年)的低温。
沈阳全年降水量600~800毫米,1951年至2010年市区年平均降水量716.2毫米,全年无霜期155~180天。受季风影响,降水集中在夏季,温差较大,四季分明。冬寒时间较长,近六个月,降雪较少,最大降雪为2007年3月4日47.0毫米的特大暴雪;夏季时间较短,多雨,1973年8月21日曾下过215.5毫米的大暴雨。春秋两季气温变化迅速,持续时间短:春季多风,秋季晴朗。
沈阳市境内主要有辽河、浑河、绕阳河、柳河、蒲河、养息牧河、北沙河、秀水河等大小河流27条,属辽河、浑河两大水系,水资源总量为32.6亿立方米,其中地表水11.4亿立方米,地下水21.2亿立方米。