上海城区面积总计7,037.50平方公里，根据2007年末的数据，在中国省级行政区中排名第32位，而在全球范围内则位居第五。其中，土地面积为6,340.5平方公里，水域面积占697平方公里。上海市区的面积为2,648.6平方公里，建成区面积为860.2平方公里，这两个数据分别在中国城市中排名第二和第二名，仅次于北京（数据来源：中华人民共和国国家统计局）。
具体到上海的各个区，黄浦区面积为20平方千米，徐汇区为55平方千米，长宁区为38平方千米，静安区为37平方千米，普陀区为56平方千米，虹口区为23平方千米，杨浦区为61平方千米，浦东新区则达到了1210平方千米，闵行区为372平方千米，宝山区为294平方千米，嘉码中定区为464平方千米，金山区为611平方千米，松江区为605平方千米，青浦区为676平方千米，奉贤区为687平方千米，崇明区面积最大，为1411平方千米。
上海市位于东经120°52′至122°12′，北纬30°40′至31°53′之间，地处太平洋西岸，亚洲大陆东沿，是中国南北海岸线中心点，长江和黄浦江入海汇合处。北临长江，东濒东海，南临杭州湾，西接江苏和浙江两省。
上海是长江三角洲冲积平原的一部分，平均海拔约为2.19米。海拔最高点为大金山岛，海拔103.70米。西部有天马山、薛山、凤凰山等残丘，其中天马山为上海陆上最高点，海拔99.8米，设有石碑“佘山之巅”。海域内有大小金山、浮山（乌龟山）、佘山岛、小洋山岛等岩岛。在上海北面的长江入海处，还有崇明岛、长兴岛、横沙岛三个岛屿。崇明岛为中国第三大岛，由长江泥沙冲积而成，面积为1041.21平方千米，海拔在3.5米至4.5米之间。长兴岛面积为88.54平方公里，横沙岛面积为55.74平方公里。
上海的气候属于亚热带季风性气候，四季分明，日照充足，雨量充沛。上海气候温和湿润，春秋季节较短，而冬夏季节较长。2013年，全市平均气温为17.6℃，日照时间为1885.9小时，降水量为1173.4毫米。全年超过60%的降水集中在5月至9月的汛期。
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