New York City liegt an der Küste des Nordostens der Vereinigten Staaten an der Mündung des Hudson River im Südosten des Staates New York. Sie liegt im Mündungsgebiet des New York-New Jersey Harbor, dessen Herzstück der New York Harbor ist, dessen tiefe Gewässer und geschützte Buchten der Stadt zu ihrer Bedeutung als Handelsstadt verhalfen. Ein großer Teil New Yorks ist auf den drei Inseln Manhattan, Staten Island und dem westlichen Long Island gebaut, was das Land knapp macht und eine hohe Bevölkerungsdichte begünstigt.
Der Hudson River fließt vom Hudson Valley in die New York Bay und wird zu einer Gezeitenmündung, die die Bronx und Manhattan vom nördlichen New Jersey trennt. Der Harlem River, eine weitere Gezeitenstraße zwischen dem East River und dem Hudson River, trennt Manhattan von der Bronx.
Die Stadtbezirke von New York City liegen an der Grenze zwischen zwei geologischen Provinzen des östlichen Nordamerikas. Brooklyn und Queens, die auf Long Island liegen, sind Teil der östlichen Küstenebene. Long Island ist eine massive Moräne, die sich während der letzten Eiszeit am südlichen Rand des Laurentiden-Eisschilds gebildet hat. Die Bronx und Manhattan liegen am östlichen Rand des Newark-Beckens, eines Blocks der Erdkruste, der während des Zerfalls des Superkontinents Pangäa in der Triaszeit nach unten sank. Die Palisades Sill am Ufer des Hudson River in New Jersey legt uraltes, einst geschmolzenes Gestein frei, das das Becken füllte. Ein Großteil Manhattans besteht aus zähem metamorphem Gestein, das den zahlreichen Wolkenkratzern Halt gibt.
Das Land der Stadt wurde durch menschliche Eingriffe erheblich verändert, und seit der niederländischen Kolonialzeit wurde entlang der Wasserfront viel Land urbar gemacht. Am auffälligsten ist die Urbarmachung in Lower Manhattan mit modernen Siedlungen wie Battery Park City. Ein Großteil der natürlichen topografischen Schwankungen wurde ausgeglichen, insbesondere in Manhattan. Die West Side von Manhattan ist immer noch etwas hügelig, vor allem in Upper Manhattan, während die East Side deutlich flacher geworden ist. Duffy’s Hill in East Harlem ist eine bemerkenswerte Ausnahme von der relativ ebenen East Side.
Die Fläche der Stadt wird auf 321 Quadratmeilen (830 km2) geschätzt. Eine neuere Schätzung geht jedoch von einer Gesamtfläche von 304,8 Quadratmeilen (789,4 Quadratkilometer) aus. Der höchste natürliche Punkt der Stadt ist der Todt Hill auf Staten Island, der mit einer Höhe von 124,9 m (409,8 ft) über dem Meeresspiegel der höchste Hügel an der Ostküste südlich von Maine ist. Der Gipfel des Bergrückens ist als Teil des Staten Island Greenbelt größtenteils bewaldet.