本市は、京都府の西南部（山城）に位置し、市域面積は7.72平方キロメートルで、市の北部と西部は、京都市西京区、東部は、京都市南区、伏見区と三方を京都市に、南部は長岡京市に接し、大山崎町を経て大阪府に至ります。地形は西部一帯に標高35メートルから80メートルの丘陵が南北に細長く横たわり、丘陵の竹林からは多くのたけのこが産出され、乙訓のたけのことして全国にその名を知られています。
市の中心部は住宅街を形成し、東部は平たんで耕地が多く、交通機関も集中していて、東西約1.2キロメートルの間に東海道本線・東海道新幹線・阪急電車・名神高速自動車道路・国道171号線が通り、JRのマンモス操車場・向日町運転所もあります。
気候は、おおむね温和で京都市内の盆地気候よりもしのぎやすくなっています。