Територія міста розкинулася по обидва береги Дніпра в середній його течії.
Київське лівобережжя лежить у межах Придніпровської низовини і є майже плоскою рівниною з піщаними пляжами, численними протоками та старицями. Правобережжя міста лежить у межах Поліської низовини та Придніпровської височини. Поверхня правобережжя розчленована ярами та балками, долинами невеликих річок. Характерними формами рельєфу тут є гори-останці Київського плато. У межах Київського плато відмічено найбільшу абсолютну висоту в Києві, перепад висот у межах міста сягає 105 метрів. Із високих печерських пагорбів у ясну погоду можна побачити не тільки все київське лівобережжя, а й навіть місто Бровари.
Рельєф Києва обумовлює специфіку його забудови і надає місту неповторної краси. Значна частина лівобережжя, а також Оболонь і Теличка на правому березі є намитими – штучно підвищеними. Це зроблено будівельниками для того, щоб уберегти низовинні ділянки міста від можливого затоплення під час повені. В інших місцях, навпаки, під час будівельних робіт знімався шар ґрунту або нівелювалася (вирівнювалася) поверхня задля уникнення значних перепадів висот (наприклад, при прокладанні доріг). Деякі ділянки київських схилів укріплені бетонними стінами для запобігання зсувів.
Мабуть, символічним є те, що через Київ протікає Дніпро – найбільша річка нашої держави. І хоча ця річка несе свої води територіями трьох країн (Росії, Білорусі, України), все одно слово «Дніпро» у більшості людей асоціюється з Україною.
У межах Києва русло Дніпра ділиться на кілька рукавів, порізаних різного розміру островами. Фактично в межах міста у Дніпро впадає ще одна велика річка Десна. Дніпро та Десна є основними джерелами водопостачання для промислових та побутових потреб міста. В місті є ще декілька невеликих річок, більшість із яких закуті в бетон (колектори), адже вони протікають по забудованих територіях.
На північ від Києва споруджене Київське водосховище. Водосховище разом з греблею – це складний комплекс гідротехнічних споруд, що є складовими гідроелектростанції. Завдяки водосховищу здійснюється регулювання рівня води у Дніпрі для недопущення різких перепадів. Крім того, ця водна акваторія справляє відчутний вплив на клімат Києва.
У місті є велика кількість озер, більшість із яких невеликого розміру і знаходяться біля Дніпра.
В річках та озерах мешкає багато видів риб, тварин та птахів. Будь-якої пори року на берегах річок можна зустріти рибалок та шанувальників активного відпочинку біля води.