湖州位于浙江省北部，太湖南岸，地理坐标介于东经 119°14′-120°29′，北纬 30°22′-31°11′之间，东邻嘉兴，南接杭州，西连安徽宣城，北濒太湖，与江苏无锡、苏州隔湖相望，是环太湖地区唯一因湖得名的城市。​
全市地形复杂多样，西部为天目山余脉，群山连绵，最高峰龙王山海拔 1587 米；东部为平原水网区，地势低平，河网密布，呈现 “五山一水四分田” 的地貌特征。属亚热带季风气候，四季分明，年平均气温 15.8℃，年均降水量 1300 毫米左右，无霜期 240 天以上。​
境内水系发达，除太湖外，还有西苕溪、东苕溪、京杭大运河等主要河流，其中西苕溪是湖州的母亲河，全长 145 公里，贯穿全市南北。全市总面积 5820 平方公里，森林覆盖率达 50.9%，拥有安吉中国大竹海、长兴顾渚山等生态资源，是长三角地区重要的生态屏障。​