Расположен в центральной части Восточно-Европейской равнины в пределах Ярославско-Костромской низины (средняя высота центра Ярославля – 100 м над уровнем моря), на обоих берегах реки Волга при впадении в неё реки Которосль, в 282 км (по автодороге) к северо-востоку от Москвы. В городской черте в главные реки, Волгу и её правый приток Которосль, впадает несколько малых рек и ручьёв, наиболее значительные из них: Нора, Дунайка, Урочь, Толгоболка, а также Великая, Галка, Ить – притоки Волги, по которым проходят границы города с Ярославским районом; ручьи – Бурчиха, Зеленцовский (Струбец), Кармановский, Пятовский, Твороговский. Правый берег Волги высокий и обрывистый, левый – низменный.