La ciudad de Nueva York está situada en la costa del noreste de Estados Unidos, en la desembocadura del río Hudson, en el sureste del estado de Nueva York. Está situada en el estuario del puerto de Nueva York-Nueva Jersey, cuya pieza central es el puerto de Nueva York, cuyas aguas profundas y bahías protegidas ayudaron a la ciudad a crecer en importancia como ciudad comercial. Gran parte de Nueva York está construida en las tres islas de Manhattan, Staten Island y el oeste de Long Island, lo que hace que el terreno sea escaso y fomenta una alta densidad de población.
El río Hudson fluye desde el valle del Hudson hasta la bahía de Nueva York, convirtiéndose en un estuario mareal que separa el Bronx y Manhattan del norte de Nueva Jersey. El río Harlem, otro estrecho de marea entre los ríos East y Hudson, separa Manhattan del Bronx.
Los distritos de la ciudad de Nueva York se encuentran a caballo entre dos provincias geológicas del este de Norteamérica. Brooklyn y Queens, situados en Long Island, forman parte de la llanura costera oriental. Long Island es una enorme morrena que se formó en la franja sur del manto de hielo de las Laurentidas durante la última Edad de Hielo. El Bronx y Manhattan se encuentran en el borde oriental de la cuenca de Newark, un bloque de la corteza terrestre que se hundió durante la desintegración del supercontinente Pangea en el periodo Triásico. El Palisades Sill, en la orilla neoyorquina del río Hudson, expone la antigua roca fundida que llenaba la cuenca. Las duras rocas metamórficas subyacen en gran parte de Manhattan, proporcionando un sólido soporte a sus numerosos rascacielos.
El terreno de la ciudad ha sido alterado considerablemente por la intervención humana, con una sustancial recuperación de tierras a lo largo de los frentes de agua desde la época colonial holandesa. La recuperación es más notable en el Bajo Manhattan con desarrollos modernos como Battery Park City. Gran parte de las variaciones naturales de la topografía se han igualado, sobre todo en Manhattan. El lado oeste de Manhattan conserva algunas colinas, especialmente en el Alto Manhattan, mientras que el lado este se ha aplanado considerablemente. Duffy’s Hill, en el este de Harlem, es una notable excepción a la pendiente relativamente plana del lado este.
Se calcula que la superficie de la ciudad es de 830 km2 (321 millas cuadradas). Sin embargo, una estimación más reciente calcula una superficie total de 304,8 millas cuadradas (789,4 kilómetros cuadrados). El punto natural más alto de la ciudad es la colina Todt, en Staten Island, que con 124,9 metros sobre el nivel del mar es la más alta de la costa oriental al sur de Maine. La cima de la colina está cubierta en gran parte por bosques como parte del cinturón verde de Staten Island.