Od północnego zachodu miasto graniczy z Niecką Płotowską, a od północnego wschodu z Niecką Chynowską.
Miasto leży na międzynarodowym szlaku drogowym i kolejowym łączącym Skandynawię z południem Europy. Od Poznania dzieli je 130 km, od Wrocławia 160 km, od Berlina 160 km, od Pragi 290 km, a od Warszawy 413 km.
Miejscowość historycznie jest częścią Dolnego Śląska (leżąc na jego północnej granicy). W latach 1950–1998 miasto było stolicą województwa zielonogórskiego, ukształtowanego podczas reform w 1950 oraz 1975 roku.
18 maja 2014 na terenie gminy wiejskiej Zielona Góra zostało przeprowadzone referendum ws. połączenia gminy wiejskiej z miastem Zielona Góra. Mieszkańcy w większości opowiedzieli się za takim rozwiązaniem. Zgodnie z decyzją Rady Ministrów do połączenia doszło z dniem 1 stycznia 2015 roku.
Według danych z 1 stycznia 2024 powierzchnia miasta wynosi 275,36 km².
W historii nazwa miasta notowana była w wielu językach oraz pod różnymi nazwami. Po łacinie Thalloris, Prasia Elysiorum, w oraz po polsku Zielona Góra.