Белгород расположен на южной окраине среднерусской возвышенности, на правом берегу реки Северский Донец на расстоянии около 700 километров к югу от Москвы, в 42 км от границы с Украиной. Ближайший город Украины — Харьков.

Город расположен на склоне так называемой Белой горы, в пойме притока Северского Донца реки Везелки, за которой на южной возвышенности («Харьковская гора») были устроены в конце XVI века главные сторожевые курганы. Пролегает с севера на юг, и с запада на восток, образуя на карте прямоугольник слегка вытянутый по сторонам света.

Город находится в лесостепной полосе, в чернозёмной зоне.

Рельеф территории города эрозионного происхождения, представляет собой наклонённую с севера на юг всхолмлённую равнину в целом приподнятую почти на 200 метров над уровнем моря.

Климат Белгорода умеренно-континентальный, с жарким сухим летом и изменчивой прохладной зимой. Зима умеренно-морозная, часто бывают оттепели, сопровождающиеся дождями (особенно в декабре), так же довольно часто бывают понижения температуры ниже −20 °C, которые могут продолжаться до недели и более. Лето тёплое, в отдельные годы — дождливое или засушливое. Осень мягкая и дождливая. Белгородское водохранилище покрывается льдом в конце ноября — начале декабря, весенний же ледоход длится с марта по апрель.

Среднегодовая температура воздуха: + 7,7 °C
Среднегодовая влажность воздуха: 76 %
Среднегодовая скорость ветра: 5-7 м/с
Среднегодовое количество осадков 480—550 мм, в основном летом.