Akdeniz Bölgesi ile Güneydoğu Anadolu Bölgesinin birleştiği noktada konumlanan ve Suriye ile sınır komşusu olan Gaziantep 38°-38° doğu boylamları ile 36° - 37° kuzey enlemleri arasında bulunmaktadır.  

Büyük bölümü Güneydoğu Anadolu Bölgesi'nin batı kesiminde, bir bölümü de Akdeniz bölgesinin doğusunda yer alan Gaziantep topraklarını Akdeniz'den ayıran Amanos (Nur) Dağları batıda Osmaniye'yle, Fırat Irmağı da doğuda ilin Şanlıurfa'yla arasında ki doğal sınırını çizer.

Gaziantep doğusunda Şanlıurfa'nın Birecik ve Halfeti ilçeleri, batısında Osmaniye'nin Bahçe ilçesi, güneybatısında Hatay'ın Hassa İlçesi, kuzeyinde Kahramanmaraş'ın Pazarcık İlçesi, kuzeydoğusunda Adıyaman, güneyinde Suriye ve güneybatısında Kilis il sınırlarıyla çevrilidir.

Gaziantep 6.887 km²'lik alanıyla Türkiye topraklarının yaklaşık olarak &49;1'lik bölümünü kapsamaktadır. Genelde dalgalı ve engebeli bir arazi yapısına sahiptir. İl merkezinin denizden yüksekliği 850 metredir. Yüzey alanının yaklaşık &49; 52' sini dağlar, &49; 27' sini ise ovalar kaplamaktadır.

Güneydoğu Torosların uzantıları olan Sof dağlarının bulunduğu ilde ayrıca Dülükbaba, Sam, Ganibaba ve Sarıkaya Dağları da yer almaktadır. İslahiye, Barak, Araban, Yavuzeli ve Oğuzeli ilin önemli ovalarını oluşturmaktadır.

Karasu, Araban ovasından geçip batıdan Fırat'a katılır. Sof Dağında kaynaklanan Bozatlı (Merzimen) Deresi ise Yavuzeli'nin güneyinden geçip Fırat'a karışır. İl ve Türkiye sınırlarından çıkmadan Fırat'a karışan son önemli akarsu Nizip Çayıdır. Sof Dağından doğan Alleben Deresi ve İslahiye'nin kuzeyindeki Karagöl'den çıkan Karaçay ve Gaziantep platosunun güneybatısından kaynaklanan Balık Suyu diğer önemli akarsulardır.

Gaziantep'te çok sayıda pınar bulunmasına karşın hiç doğal göl bulunmamaktadır. Bu yüzden şehrin birçok yerine yapay göller ve barajlar inşa edilmiştir. Gaziantep'ten geçen Alleben Deresi iki merkez ilçeyi (Şahinbey-Şehitkamil) birbirinden ayırır.

İl merkezinin yakınında hiç doğal orman bulunmaz. Bu yüzden il çevresinde kızılçam ağaçlarından oluşan yapay ormanlar oluşturulmuştur (Dülükbaba ve Burç ormanlıkları).

İklim

Gaziantep, Akdeniz ve kara ikliminin geçiş noktasında yer almaktadır. İlin güney kesimleri Akdeniz ikliminin etkisinde olmakla beraber, genel olarak yazlar sıcak ve kurak, kışlar ise soğuk ve yağışlıdır. İlde yağış en çok kış ve ilkbahar aylarında görülür. Hava özellikle Haziran, Temmuz, Ağustos ve Eylül aylarında çok sıcaktır. Aralık, Ocak ve Şubat aylarında ise çok soğuktur. Gaziantep'te ölçülen en yüksek sıcaklık 44 °C, en düşük sıcaklık ise -17,5 °C'dir.

Haziran-Eylül arasında Gaziantep, en az yağışı alır. En çok yağışı ise Aralık-Şubat arasında alır. Mevsim değişirken gündüz ve gece arasında çok büyük bir sıcaklık farkı vardır. Denize kıyısı olmaması sebebiyle kentte nem oranı çok düşüktür. Bu yüzden hava çok sert değildir.