Мадрид расположен в центре Пиренейского полуострова, на берегах мелководной реки Мансанарес. Город раскинулся на равнине, окаймленной с севера и северо-запада цепью гор Сьерра-де-Гвадаррама. Флора и фауна в окрестностях столицы характерная для Средиземноморья.
В Мадриде – континентальный климат, с прохладной зимой и жарким, сухим летом. Средняя температура зимой колеблется между +0,5 и +10,5° С. Летом – между +15,5 и +30,5° С. В течение года в среднем бывает 93 дождливых дня. Количество осадков в год колеблется от 377 до 2010 мм.