อำเภอเมืองพะเยามีพื้นที่ประมาณ 842 ตารางกิโลเมตรหรือ 526,250 ไร่ มีเทือกเขาสูงทางทิศตะวันตกคือ "ดอยหลวง" มีลักษณะพื้นที่ทางทิศเหนือและทิศตะวันตกเป็นที่ราบสูงและลาดต่ำมาทางทิศตะวันออกและทิศใต้ บริเวณกลางมีแหล่งน้ำตามธรรมชาติขนาดใหญ่ซึ่งกรมการประมงได้จัดให้เป็นแหล่งเพาะพันธุ์ปลาน้ำจืดและเป็นที่ท่องเที่ยวที่สำคัญของจังหวัดพะเยา คือ "กว๊านพะเยา" มีเนื้อที่ประมาณ 12,831 ไร่