Территория города расположена на высоте 150 метров над уровнем моря, с относительным превышением над уровнем Москвы-реки 30 - 35 метров. Около 30% территории города занято долиной р. Москвы, которая включает в себя пойму и надпойменные террасы. Самые низкие части города - восточная и юго-восточная относятся к окраине Мещерской равнины. В Москве широко распространены сосновые леса на песчаных дерново-подзолистых почвах. На отдельных участках развиты болотно-подзолистые почвы с пятнами торфяных болот.
Река Москва, главная водная артерия города, пересекает его с северо-запада на юго-восток. Длина русла реки в пределах города составляет почти 80 километров.