Phoenix znajduje się na 33°26'54" północ, 112°4'26" zachód (33.448457°, -112.073844°) w Salt River Valley, lub "Dolinie Słońca", w środkowej Arizonie. Znajduje się na średniej wysokości 1.117 stóp (340 m), w północnej części Pustyni Sonoran.
Poza górami znajdującymi się w mieście i wokół niego, topografia Phoenix jest w większości płaska. Dzięki temu główne ulice miasta biegną po precyzyjnej siatce z szerokimi, otwartymi jezdniami.
Rzeka Salt River płynie w kierunku zachodnim przez miasto Phoenix. Koryto rzeki jest często suche lub jest to tylko strużka z powodu dużego nawodnienia. Rzeka jest pełna po rzadkich ulewach lub gdy więcej wody jest uwalniane z zapór w górnym biegu rzeki. Miasto Tempe zbudowało dwie nadmuchiwane tamy w korycie Salt River, aby stworzyć całoroczne jezioro rekreacyjne, zwane Tempe Town Lake. Tamy są opróżniane, aby rzeka mogła płynąć bez przeszkód podczas spuszczania wody. Lake Pleasant Regional Park znajduje się w północno-zachodnim Phoenix, na przedmieściach Peoria w Arizonie.
Podobnie jak większość Arizony, Phoenix nie przestrzega czasu letniego. W 1973 r. gubernator Jack Williams argumentował w Kongresie, że zużycie energii wzrośnie wieczorem. Jednostki chłodnicze nie były używane tak często rano na standardowym czasie. Dalej mówił, że zużycie energii wzrośnie "ponieważ będzie więcej świateł włączonych wczesnym rankiem". Był również zaniepokojony tym, że dzieci będą chodzić do szkoły po ciemku, co rzeczywiście miało miejsce. Ziemie Narodu Navajo w północno-wschodniej Arizonie obserwują czas letni w połączeniu z resztą ziem plemiennych w innych stanach.
Klimat
W Phoenix panuje klimat suchy, z bardzo gorącym latem i umiarkowaną zimą. Średnia wysoka temperatura latem jest jedną z najgorętszych wśród wszystkich zaludnionych obszarów w Stanach Zjednoczonych i zbliża się do tych w miastach takich jak Rijad i Bagdad. Temperatura osiąga lub przekracza 100°F (38°C) średnio przez 110 dni w roku, w tym większość dni od końca maja do początku września, a wysokie szczyty 110°F (43°C) średnio przez 18 dni w roku. 26 czerwca 1990 r. temperatura osiągnęła rekordowo wysoki poziom 122°F (50 °C).
W Phoenix jest średnio tylko 5 dni w roku, kiedy temperatura spada poniżej zera. Często zdarza się, że na obrzeżach Phoenix jest mróz, ale na lotnisku nie. Najwcześniejszy zarejestrowany mróz wystąpił 3 listopada 1946 roku, a najpóźniejszy 4 kwietnia 1945 roku. Najniższa zanotowana temperatura w Phoenix to 16°F (-8.8 °C) 7 stycznia 1913 roku.
Krajobraz miejski
Od 1986 roku, miasto Phoenix zostało podzielone na miejskie wioski, z których wiele opiera się na historycznie znaczących dzielnicach i społecznościach. Każda wioska posiada komitet planowania. Komitet ten jest powoływany bezpośrednio przez radę miasta. Zgodnie z podręcznikiem planowania wsi wydanym przez miasto, celem komitetów planowania wsi jest współpraca z miejską komisją planowania, aby zapewnić równowagę w zakresie mieszkalnictwa i zatrudnienia w każdej wsi. Komitety koncentrują się również na rozwoju w określonych rdzeniach wsi oraz na promowaniu unikalnego charakteru i tożsamości wsi.
Obecnie w mieście znajduje się 15 miejskich wiosek: Ahwatukee Foothills, Alhambra, Camelback East, Central City, Deer Valley, Desert View, Encanto, Estrella, Laveen, Maryvale, North Gateway, North Mountain, Paradise Valley (nie mylić z miastem Paradise Valley), South Mountain i Rio Vista. Rio Vista została utworzona jako New Village w 2004 roku i jest obecnie bardzo słabo zaludniona, a w najbliższej przyszłości nie przewiduje się dużego rozwoju.
Powszechnie określane regiony i dzielnice Phoenix to Downtown, Midtown, West Phoenix, North Phoenix, South Phoenix, Biltmore Area, Arcadia, Sunnyslope, Ahwatukee.
