北京位于华北大平原北端，地处东经115°25′～117°30′、北纬39°28′～41°05′之间的中纬地带，总面积为16807.8平方公里。
北京总的地势是西北高，东南低。西部山地属太行山余脉，俗称为北京西山；北部和东北部山地属燕山山脉，与西山相环接的一段叫做军都山；中部、南部和东部为平原，向东南开扩，面向渤海。山地丘陵自西、北和东北三面怀抱着北京城所在的小平原，整个地形就像一个临海的港湾，故人们形象地叫它“北京湾”，又称为“北京小平原”。
北京小平原北以燕山山地与内蒙古高原接壤，西以太行山与山西高原毗连，东北经山海关隘口与松辽大平原相通，东南一马平川直达渤海，往南与华北大平原连片，地理位置恰好居于中原与蒙古高原和东北平原三大地理区域的交接地带，自古为南北交通的枢纽。对此，古人早有过形象的描述：“幽州之地，左环沧海，右拥太行，北枕居庸，南襟河济，诚天府之国。”
由于北京地处中纬地带，加之傍山面海，腹地辽阔的地势，使得北京地区气候具有明显的暖温带半湿润大陆性季风气候特点，四季明显，年平均气温为10～12℃。这样的气候环境为生物的生存及繁衍提供了合适的条件。考古显示，北京地区已经发现不少距今二百万年左右的哺乳动物化石。生物演化的进程表明，哺乳动物的发展意味着距离人类的出现已经为时不远。
