Stabika, zaś na zachodzie znajdują się Kąty, które graniczą z Zarzeczem.
Pod względem budowy geologicznej Piotrowice położone są w zapadlisku górnośląskim, które wypełnia utwory pochodzące z karbonu (głównie zlepieńce, piaskowce i łupki ilaste zawierające pokłady węgla kamiennego). Dzielnica położona jest na terenie trzech jednostek morfogenetycznych. Północna część znajduje się w Rowie Kłodnicy, stanowiącym obniżenie tektoniczne wypreparowane w utworach karbonu. Tereny Piotrowic bezpośrednio wzdłuż doliny Mlecznej zawarte są w Obniżeniu Górnej Mlecznej, zaś wschodnia część Piotrowic położona jest na Płaskowyżu Murcek, które jest zbudowane z utworów karbońskich.
Klimat Piotrowic nie wyróżnia się zbytnio od warunków panujących w całych Katowicach, a jedynie jest modyfikowany przez lokalne czynniki (topoklimat). Występuje tu klimat umiarkowany przejściowy z przewagą prądów oceanicznych nad kontynentalnymi. Tereny dzielnicy położone są w dorzeczu dwóch głównych dorzeczy Polski: Wisły i Odry, a pomiędzy nimi przebiega dział wodny I rzędu. Dorzecze Wisły obejmuje południową część dzielnicy, która odwadnia Mleczna, zaś północną część wpływająca do Kłodnicy Ślepiotka.