地處太行山脈、燕山山脈與華北大平原的交接地帶。
西、北、東北面為連綿不斷的群山所環繞，東南面為開闊的平原。西部山地統稱西山，屬太行山脈，北部山地統稱軍都山，屬燕山山脈，兩條山脈在關溝附近交匯。東北部平谷縣境的造山為燕山的西緣，與軍都山交會于潮白河谷。西、北、東北面連綿不斷的諸山嶺形成一個向東南展開的半圓形大山灣，人稱“北京灣”；
它所圍繞的平原即北京小平原，屬於華北大平原的東北緣。主要河流有海河水系的永定河、潮白河、溫榆河—一北运河、拒马河和蓟运河水系的洵河。
多系过境河流，干流多是北西一南东流向。一般落差较大，侵蚀强烈，切割深度大多在几百米以上。
北京地势总的特征是西北高，东南低。山区面积为10418平方公里，约占全市总面积的62％，最高峰为位于西境的东灵山，海拔高度2303米。
平原系由各大河出山口后形成的一系列冲积洪积扇联合堆积而成，最低处在通县东南边界，海拔高度不足10米。
平原地区面积6048平方公里，占全市总面积的38％。其中以永定河和潮白河的冲积平原为主，约占整个平原面积的70％以上。
山地与平原之间大都受断层控制，差异性升降显著，过渡急剧，山边线平直清晰。市境最大高差2293米。