Лондон занимает площадь в 1706,8 км2. С юго-запада до востока город пересекает Темза, судоходная река, впадающая в Северное море. Центр города расположен неподалеку от Трафальгарской площади. Координаты города составляют 51°30′26″ с. ш. 0°07′39″ з. д.
Располагается Лондон на нулевом меридиане, который также часто называют гринвичским (по названию района Гринвич, который он пересекает). Историческим и административным центром Лондона является Вестминстер. Деловой центр города располагается в другом районе – Сити. Оба района имеют статус «сити». Большой Лондон, состоящий из Сити и окружающих его крупных административных районов, занимает значительную часть низменности между грядами Чилтерн-Хилс и Норт-Дауне.
Климат в Лондоне – умеренно-морской, мягкий и умеренный. Летом тепло. Дневная температура иногда поднимается выше 33 °C. Рекордная жара наблюдалась в 2003 году, когда температура достигла 38,1 °C. Зимой прохладно, но не морозно, ночью температура, как правило, не опускается ниже −7 °C. Темза в Лондоне не замерзала с 1814 года. Снегопады редки. Снежный покров сохраняется лишь около 5 дней в году, высота снежного покрова незначительна. Среднегодовое количество осадков составляет 584 мм, что меньше, чем в Риме или Сиднее. Городской массив создает собственный микроклимат. Мягкость климатических условий связана с наличием теплого Северо-Атлантического течения, омывающего западное побережье Европы. Ветры, дующие с Атлантического океана, летом приносят прохладу, а зимой – тепло. Особенностью лондонского климата является очень небольшая межсезонная амплитуда колебаний: от +5,1 °C в январе до +18,1 °C в июле (разница составляет 13 °C). Из-за тепла, вырабатываемого городом, температура в Лондоне может быть примерно на 5 °C выше, чем за городом.