Posta sulla costa orientale dell'isola, Catania sorge nell’omonima piana ai piedi del vulcano Etna (il più alto d'Europa) e di fronte lo Jonio con il golfo di Catania. Si trova a circa la metà della distanza tra Messina e Siracusa. Più che di una città si deve parlare di un area metropolitana, tra le più vaste in Italia. La piana di Catania è anche tra le aree coltivate più estese in Sicilia.
Catania è attorniata a sud e sud-est dalla piana di Catania, mentre a nord vi è la zona montuosa, culminante nell’Etna. Si suppone che l’insediamento originario fosse situato sulla collina che corrisponde alla attuale piazza Dante( su cui è posizionato l'ex-monastero dei benedettini. Un'altra collina è quella di Santa Sofia, dove è stata costruita la Cittadella Universitaria, vicino a Gravina, comune della vasta area metropolitana.
Sul suo territorio è presente la riserva regionale del Simeto. Istituita nel 1984, l'Oasi del Simeto (di circa 2.000 ettari), prende il nome dal fiume Simeto, il più grande in Sicilia, che sfocia a sud di Catania. All’Oasi si aggiunge il vasto Parco dell’Etna, che presenta caratteristiche del tutto originali, introvabili altrove in Europa.
Sempre trattando di aree verdi, possiamo citare i sei parchi di Catania: il Giardino Bellini, dedicato al compositore catanese, il Giardino Pacini, il Parco Gioeni (situato a nord, alla fine della via Etnea), il Parco Falcone e Borsellino (a nord del Corso Italia), il parco I Viceré (quartiere Barriera Canalicchio) e il Boschetto della Plaia (nella zona tra la città e l'Aeroporto Vincenzo Bellini). Ad essi si va ad aggiungere l’Orto Botanico di Catania.
La città è attraversata dal fiume Amenano, che a causa delle trasformazioni subite dal territorio, oggi è del tutto sotterraneo. il lago di Nicito, appena fuori le mura ad ovest, prodotto dal fiume, è stato coperto dall’eruzione del 1669. Unico contatto tra il fiume e la città è l’acqua che esce dalla fontana in marmo bianco posta tra la Pescheria e la piazza del Duomo, e nei sotterranei dell’Ostello Agorà.
Molte e notevoli sono le trasformazioni subite dal territorio a causa di potenti eruzioni dell’Etna. Possiamo citare quelle in epoca storica del 1169, 1329 e del 1381. Queste hanno modificato l’area a nord del porto, dando origine, sovrapponendosi anche a parte dell'antico Porto Ulisse, quella che oggi viene chiamata La Scogliera, perché è proprio una scogliera che è venuta a crearsi (include la piccola spiaggia di San Giovanni li Cuti). Con l’eruzione, invece, del 1669, si è ridisegnata l’area a sud. Il Castello Ursino, fatto costruire da Federico II, a picco sul mare sopra un alto promontorio che dominava il mare e la città, venne accerchiato dalla lava che avanzava e che oltrepassò, per concludersi molto più in la, ridefinendo la costa a sud in una vasta spiaggia sabbiosa (la Plaia).