Hamburg Németország északi részén, az Elba folyam hatalmas tölcsértorkolatának kezdetén, a nyílt tengertől 110 kilométernyire délkeletre fekszik. A település óvárosi magja az Alster, a Bille és az Elba találkozásánál épült fel. Az Elba a város előtt két ágra (Norderelbe és Köhlbrand) bomlik. Az általuk közrefogott Wilhelmsburg-szigeten épült fel a hamburgi kikötő. A szigetet hidak és a folyóágak alatti alagutak kapcsolják a városhoz. A folyamtól északra és délre elterülő térszínek a geesthez tartoznak, így védettek a folyamon rendszeresen jelentkező vihardagályoktól. A folyam közvetlen közelében fekvő területek a marschok, amelyeket gátakkal és zsilipekkel próbálnak a vihardagályoktól és árvizektől megvédeni.