Phần đất liền của thành phố có hình thể gần giống như một hình thang cân, đáy là phía Nam giáp huyện Duy Xuyên với ranh giới chung là sông Thu Bồn, phía Tây và phía Bắc giáp huyện Điện Bàn, phía Đông là bờ biển dài 7 km. Cách đất liền 18 km là cụm đảo Cù Lao Chàm, bao gồm nhiều hòn đảo lớn nhỏ: Hòn Lao, Hòn Dài, Hòn Mồ, Hòn Ông, Hòn Tai, Hòn Lá, Hòn Khô Mẹ, Hòn Khô Con với diện tích chiếm một phần tư thành phố Hội An. Các hòn đảo này quần tụ thành hình cánh cung hướng mặt ra Biển Đông, được hình tượng hoá như người hoa tiêu khổng lồ, như bức bình phong che chắn cho đất liền. Tổng diện tích tự nhiên toàn thành phố là 6.171,25 ha, phần diện tích đất liền 4.850 ha chiếm 73,50% (trong đó diện tích đất 3.669 ha và diện tích mặt nước 1.180,3 ha), diện tích hải đảo 1.654 ha chiếm 26,50%.
Hội An là vùng cửa sông - ven biển và là nơi hội tụ của các con sông lớn của xứ Quảng: sông Thu Bồn - Vu Gia theo trục Đông – Tây (đoạn sông Thu Bồn chảy qua Hội An được gọi là sông Cái hoặc sông Hội An, với chiều dài qua địa phận thành phố là 8,5 km), sông Trường Giang theo trục Nam - Bắc, sông Cổ Cò (tên chữ là Lộ Cảnh Giang) theo trục ngang Bắc – Nam (đoạn sông Cổ Cò chảy qua Hội An gọi là sông Đế Võng, chiều dài 7km).
Các nguồn sông Thu Bồn, Vu Gia, Trường Giang, Đế Võng hợp lưu với nhau trước khi đổ ra biển Đông qua Cửa Đại (Đại Chiêm Hải Khẩu). Nhờ những dòng sông này, từ Hội An ngược nguồn Thu Bồn lên các huyện Điện Bàn, Duy Xuyên, Quế Sơn, Đại Lộc...hay xuôi dòng Trường Giang vào Thăng Bình, Tam Kỳ, Chu Lai…Ngoài ra, từ Cửa Đại - Cù Lao Chàm bằng đường biển có thể vươn đến mọi miền đất nước và cả thế giới. Trục lộ ven biển từ Sơn Trà vào Cẩm An, qua Cẩm Thanh vượt cầu Cửa Đại vào các huyện phía Nam, cùng với tỉnh lộ 607 đi Non Nước- Đà Nẵng và tỉnh lộ 608 đi Vĩnh Điện - Quốc lộ 1A là các tuyến giao thông đường bộ chủ yếu nối Hội An với các vùng trong và ngoài tỉnh.
Đặc điểm về vị trí địa lý, cấu trúc địa chất và lịch sử làm cho khí tượng- thủy văn, địa hình, địa mạo của Hội An khá phong phú và đa dạng. Hội An vừa có đô thị cổ, đô thị cũ, đô thị mới; vừa có đồng bằng; vừa có biển, có hải đảo tạo nên nguồn tài nguyên thiên nhiên dồi dào về lâm, thổ, hải sản...Phần lớn diện tích tự nhiên của Hội An được bao bọc bởi hệ thống sông lớn nhỏ, mương lạch chằng chịt và bị chia cắt bởi những bãi, nổng, trảng, dốc, cồn cát; những bàu, đầm, hói, vũng, ao…và những rừng dừa nước.
Địa hình Hội An nhìn chung thấp dần từ Tây Bắc xuống Đông Nam, độ dốc thoải trung bình 0,015o. Địa hình các vùng đồng bằng của Hội An chia thành ba vùng:
- Vùng cồn cát tập trung ở phía Tây Bắc, trải dài từ dốc Lai Nghi địa bàn phường Thanh Hà, sang xã Cẩm Hà, qua phường Cẩm An, chạy dọc biển xuống phường Cửa Đại, kết nối với vùng cát phía Đông huyện Điện Bàn (giáp các xã Điện Nam, Điện Dương).
- Vùng thấp trũng gồm các phường Cẩm Phô, Minh An, Sơn Phong, Cẩm Nam, Cẩm Châu và xã Cẩm Kim bờ Nam sông Thu Bồn.
- Vùng mặt nước sông ngòi gồm phần lớn diện tích xã Cẩm Thanh.
Địa hình hải đảo Cù Lao Chàm chủ yếu là đồi núi thấp, hầu hết các đảo nhỏ có hình chóp cụt, độ cao lớn nhất so với mặt biển dao động từ 70 – 517m. Đảo lớn nhất là Hòn Lao có một dãy núi xếp theo hình cánh cung từ Tây Bắc xuống Đông Nam, chia Hòn Lao thành hai sườn có địa thế khác nhau: sườn Đông có độ dốc lớn, đá tảng bao quanh chân núi rất hiểm trở; sườn Tây dốc thoải, ít đá tảng, nhiều bãi bồi ven biển.
Do phía Bắc được ngăn bởi dải Hoành Sơn, phía Tây được che bởi khối núi Bắc tỉnh Kon Tum nên cũng như các địa phương khác của Quảng Nam và các tỉnh, thành phố lân cận, ở Hội An không có mùa đông lạnh. Mùa khô từ khoảng tháng 2 đến tháng 8, mùa mưa thường kéo dài từ tháng 9 đến tháng Giêng năm sau. Nhiệt độ không khí ở Hội An lệ thuộc nhiều vào khí hậu nhiệt đới gió mùa: gió mùa đông bắc, gió mùa tây nam, gió mùa đông – đông nam và chế độ mưa. Nhiệt độ trung bình trong năm là 25,6oC, cao nhất là 39,8oC, thấp nhất là 22,8oC. Chế độ gió cũng có hai mùa rõ rệt: gió mùa đông từ tháng 9 đến tháng 4 năm sau, gió mùa hè từ tháng 4 đến tháng 9. Bão ở Hội An thường xuất hiện vào các tháng 9,10,11 hàng năm; các cơn bão thường kéo theo những trận mưa lớn gây lũ lụt toàn khu vực.
Chế độ sóng và dòng chảy cũng biến đổi theo chế độ gió mùa. Chế độ mực nước sông Thu Bồn, Trường Giang, Đế Võng phụ thuộc vào chế độ thủy triều lên xuống ngày hai lần (bán nhật triều); giữa kỳ nước cường và nước kém biên độ triều chênh lệch không đáng kể (triều max= 1,4m, triều min= 0,00m). Về mùa khô, do nước sông xuống thấp, nước biển thâm nhập sâu vào lục địa gây nên độ nhiễm mặn (trung bình 12%).