つくば市は、東京都心から約50km、成田国際空港から約40kmに位置する。
地形

市を代表する観光地である筑波山は、市北部に位置する。筑波山周辺を除き、関東平野の一部であり筑波台地や稲敷台地と呼ばれる標高20m?標高30mの平坦な地形であり、関東ローム層に覆われている。また、つくば市の9月の標高は4月の標高より2cm低くなるが、市内にある国土地理院の研究によると、5月から8月に水田灌漑用として大量の地下水をくみ上げるためである（台地上のため地下水をくみ上げる必要がある）[6]。

山：筑波山、宝篋山（小田山）、城山

河川：小貝川、桜川、東谷田川、西谷田川、小野川、花室川、稲荷川など

公園：市民一人当たりの公園面積は約10m2であり、全国平均の約6m2を上回っている。洞峰公園など。

面積：28,400ha（うち研究学園地区が2,700ha）

市内全域から標高877mの筑波山が見える。

気候

平野部である市内長峰（高層気象台）にある観測点（「つくば（館野）」）における1991年（平成3年）から2020年（令和2年）の平年値によると、年平均気温は14.3°C、年間降水量は1326.0mmである。太平洋側気候に属するが、内陸性で年間の寒暖の差、一日の内の気温差が大きい。

冬は、1月から2月には最低気温が-5°Cから-8°Cくらいまで下がることもあり、1952年（昭和27年）2月5日には、最低気温-17.0°Cを観測している。また、当市を含む地方の季節風は「筑波颪」（つくばおろし）との異名があるが当市の地勢とはあまり関係がない。降雪は比較的少なく、20cmを超える積雪の年は1971年（昭和46年）以降わずか4回であり、観測史上最深積雪は27cmで1936年（昭和11年）2月5日まで遡る。

一方、夏は蒸し暑く、猛暑日になることもある。1996年（平成8年）8月15日には最高気温37.8°Cを観測した。また、山間部でも標高がそれほど高くないため平野部とは数°C程度の差であり、市内最高峰の筑波山（女体山）でもわずか877mなので避暑地にはならない。

市街地ではヒートアイランド現象が発生しており、竹園・東新井の気温が最も高く、吾妻・二の宮がこれらに次ぐ[7]。冬の早朝の測定結果によれば、竹園・東新井の気温は、郊外部に比べ4°Cも高くなっている[7]。

つくば市長峰（館野 高層気象台、標高25m）の気候
月1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月年
最高気温記録 °C （°F）22.2
(72)24.5
(76.1)26.6
(79.9)28.8
(83.8)34.1
(93.4)36.7
(98.1)37.3
(99.1)37.8
(100)36.9
(98.4)32.7
(90.9)25.8
(78.4)24.4
(75.9)37.8
(100)
平均最高気温 °C （°F）9.3
(48.7)10.2
(50.4)13.6
(56.5)18.7
(65.7)22.7
(72.9)25.2
(77.4)29.1
(84.4)30.6
(87.1)26.8
(80.2)21.3
(70.3)16.3
(61.3)11.5
(52.7)19.6
(67.3)
日平均気温 °C （°F）3.1
(37.6)4.2
(39.6)7.7
(45.9)12.8
(55)17.4
(63.3)20.8
(69.4)24.6
(76.3)25.9
(78.6)22.3
(72.1)16.6
(61.9)10.5
(50.9)5.3
(41.5)14.3
(57.7)
平均最低気温 °C （°F）?2.8
(27)?1.8
(28.8)1.7
(35.1)6.9
(44.4)12.3
(54.1)16.9
(62.4)21.0
(69.8)22.1
(71.8)18.5
(65.3)12.1
(53.8)5.2
(41.4)?0.5
(31.1)9.3
(48.7)
最低気温記録 °C （°F）?14.8
(5.4)?17.0
(1.4)?11.6
(11.1)?6.4
(20.5)?2.6
(27.3)5.7
(42.3)9.8
(49.6)12.0
(53.6)5.0
(41)?1.4
(29.5)?7.8
(18)?11.9
(10.6)?17.0
(1.4)
降水量 mm （inch）50.6
(1.992)47.1
(1.854)95.5
(3.76)109.8
(4.323)129.8
(5.11)131.8
(5.189)134.6
(5.299)118.2
(4.654)187.6
(7.386)193.5
(7.618)79.1
(3.114)48.5
(1.909)1,326
(52.205)
降雪量 cm （inch）6
(2.4)5
(2)1
(0.4)0
(0)0
(0)0
(0)0
(0)0
(0)0
(0)0
(0)0
(0)1
(0.4)13