Katowice położone są w południowej Polsce, w środkowej części województwa śląskiego. Są także fragmentem południowego pasa miast wojewódzkich w jej środkowej części, obok takich miast jak: Wrocław, Opole, Kraków i Rzeszów, a w promieniu 600 km od Katowic znajduje się sześć europejskich stolic: Berlin, Praga, Wiedeń, Bratysława, Budapeszt i Warszawa.
Katowice graniczą z sześcioma miastami na prawach powiatu (Chorzów, Mysłowice, Ruda Śląska, Siemianowice Śląskie, Sosnowiec i Tychy) oraz z Mikołowem (powiat mikołowski), Czeladzią (powiat będziński) i Lędzinami (powiat bieruńsko-lędziński). Łączna długość granic miasta wynosi około 100 km.
Katowice są częścią konurbacji katowickiej, będącej jednym z najbardziej zurbanizowanych i uprzemysłowionych obszarów Europy. Są największym ludnościowo miastem tej konurbacji. Miasto jest także częścią Górnośląsko-Zagłębiowskiej Metropolii, której jednocześnie jest siedzibą. Katowice według klasyfikacji NUTS wraz z Rudą Śląską, Świętochłowicami, Chorzowem, Siemianowicami Śląskimi i Mysłowicami tworzą na poziomie NUTS3 region katowicki (PL22A).