საქართველოს დედაქალაქი მდებარეობს აღმოსავლეთ საქართველოში, „თბილისის ქვაბულში“. იგი განფენილია მდინარე მტკვრის ორივე სანაპიროზე. ზღვის დონიდან მისი სიმაღლე 380-600 მეტრია. ჩრდილოეთით თბილისს ესაზღვრება საგურამოს ქედის სამხრეთ მთისწინეთი, აღმოსავლეთით - ივრის ზეგნის ჩრდილო-დასავლეთი მონაკვეთი. დასავლეთით და სამხრეთით კი - თრიალეთის ქედის განშტოებები.

დედაქალაქის ფართობი 720 კვადრატული კილომეტრია. ქალაქის მთავარი წყლის არტერიაა მტკვარი, რომელიც თბილისს კვეთს ჩრდილოეთ-დასავლეთიდან სამხრეთ-აღმოსავლეთისაკენ. ხშირია  წყალდიდობა გაზაფხულზე და ზაფხულის დასაწყისში;  წყალმცირობა — ზამთარში. მტკვრის შენაკადებია: მარჯვენა — დიღმისწყალი, ვერე და წავკისისწყალი; მარცხენა — გლდანისხევი და ლოჭინა. მდინარე მტკვრის ხეობის ფსკერი, ქალაქის ფარგლებში, მერყეობს ზღვის დონიდან 425 მ (დიღომი) - 370 მ-მდე (ორთაჭალა). მთაწმინდის სიმაღლე, რომელიც ესოდენ ამშვენებს დედაქალაქს, ზღვის დონიდან. 719 მეტრზეა.  საცხოვრებელი უბნების მიხედვით ყველაზე მაღლაა  „ნუცუბიძის პლატო“, რომელიც ზღვის დონიდან  700 მ-ზე მდებარეობს.

ფიზიკურ-გეოგრაფიული თვალსაზრისით მდინარე მტკვარი თბილისს ორ მკაფიოდ გამოხატულ ერთეულად — მარჯვენა და მარცხენა სანაპიროებად ყოფს. მარჯვენა სანაპირო რელიეფურად წარმოდგენილია თრიალეთის ქედის განშტოებებით, რომლებიც ციცაბოდ ეშვება მტკვრის ხეობისკენ. მათ შორის მოქცეულია მტკვრის შენაკადთა ხეობები.  მტკვრის მარცხენა ნაპირზე  მდებარეობს მახათას მთა, რომლის სიმაღლე 630 მ-ს აღწევს.  თბილისის რელიეფი კარგად გამოხატული ტერასებით ხასიათდება.