ตั้งอยู่บนบริเวณที่ราบของลุ่มแม่น้ำวอลกาตอนบนเยื้องไปทางด้านตะวันออกของเขตปกครองยาโรสลาฟในตำแหน่งที่แม่น้ำวอลกาหักเลี้ยวไปทางทิศตะวันออก โดยอยู่ห่างจากเขื่อนรีบินสก์ที่เป็นเขื่อนกักเก็บน้ำขนาดใหญ่รับน้ำจากแม่น้ำวอลกาและลำน้ำสาขาอื่นๆที่ตั้งอยู่ไกลไปทางทางตะวันตกเฉียงเหนือราวๆ 80 กิโลเมตร โดยจุดที่เป็นหัวใจของเมืองนั้นเป็นจุดบรรจบกันของแม่น้ำโคตาโรสึล์ (อังกฤษ: Kotorosl รัสเซีย: Ко́торосль) กับแม่น้ำวอลกา ทำให้ตั้งแต่อดีตกาลมา ที่นี่มีความสำคัญในฐานะเมืองท่าค้าขายแห่งนึงและเป็นประตูทางเชื่อมการค้าขายทางน้ำที่สามารถเดินทางผ่านลำน้ำสาขาที่ติดต่อกับแม่น้ำวอลกาจนสามารถไปออกสู่ทะเลขาวทางทิศเหนือของรัสเซียให้แก่มอสโกได้อีกด้วย

ภูมิอากาศของยาโรสลัฟล์นั้นจะมีอุณหภูมิเฉลี่ย 21-25 องศาในหน้าร้อน แต่หากเป็นช่วงที่แดดจัดๆก็อาจขึ้นถึงกว่า 30 องศาได้ ส่วนในหน้าหนาวนั้น อุณหภูมิสามารถลดลงไปได้ถึง -20 องศาเซลเซียสหรือกระทั่ง -40 องศาในช่วงที่มีพายุหิมะหนัก และในฤดูหนาวแม่น้ำวอลกาและโคตาโรสึล์ช่วงที่ไหลผ่านเมืองมักจะจับตัวเป็นน้ำแข็ง