เกียวโต ตั้งอยู่กลางหุบเขาในลุ่มน้ำยามาชิโระ (หรือลุ่มน้ำเกียวโต) ทางฝั่งตะวันออกของที่ราบสูงทัมบะ ลุ่มน้ำยามาชิโระนี้ล้อมรอบด้วยภูเขาสามด้านคือ ฮิงาชิยามะ คิตายามะ และนิชิยามะ มีความสูงเหนือระดับน้ำทะเลเพียง 1,000 เมตร การที่มีภูมิประเทศอยู่ในแผ่นดินลักษณะนี้ทำให้เกียวโตมีฤดูร้อนที่อากาศร้อน และฤดูหนาวที่อากาศหนาว มีแม่น้ำสามสายไหลผ่านที่ราบลุ่มแห่งนี้คือ แม่น้ำอูจิ ทางทิศใต้ แม่น้ำคัตสึระ ทางทิศตะวันตก และแม่น้ำคาโมะ ทางทิศตะวันออก เมืองเคียวโตมีพื้นที่คิดเป็นร้อยละ 17.9 ของพื้นที่ทั้งจังหวัดเกียวโตด้วยอาณาเขต 827.9 ตารางกิโลเมตร

เกียวโตเป็นเมืองที่สร้างตามจากหลักฮวงจุ้ยของจีน โดยได้รับอิทธิพลจากเมืองฉางอาน เมืองหลวงของราชวงศ์ถังของจีนในสมัยนั้น โดยมีพระราชวังหันหน้าไปทางทิศใต้ มีอูเกียว (ฝั่งขวาของพระนคร) อยู่ทางตะวันตก และมีซาเกียว (ฝั่งซ้ายของพระนคร) อยู่ทางตะวันออก

ทุกวันนี้ พื้นที่ธุรกิจส่วนใหญ่ของเกียวโตตั้งอยู่ทางตอนใต้ของพระราชวังเก่า แต่ได้รับความนิยมน้อยกว่าฝั่งเหนือของเมือง ทำให้ยังคงความชะอุ่มของสีเขียวจากธรรมชาติอยู่ สิ่งก่อสร้างที่อยู่รอบ ๆ พระราชวังไม่ได้ตั้งตามหลักฮวงจุ้ยแบบโบราณแล้ว แต่ตัวถนนของเกียวโตยังคงความเป็นเอกลักษณ์นี้ไว้อยู่