เทศบาลนครพระนครศรีอยุธยา ตั้งอยู่บนที่มีสภาพเป็นเกาะและเคยเป็นที่ตั้งของเมืองหลวงเก่ามาก่อนมีแม่น้ำไหลผ่าน 3 สาย คือ แม่น้ำเจ้าพระยา แม่น้ำป่าสัก และแม่น้ำลพบุรี เมื่อก่อสร้างกรุงศรีอยุธยาได้มีการขุดคูเขื่อนจากหัวรอไปบรรจบแม่น้ำบางกะจะที่บริเวณป้อมเพชร ทำให้ที่ตั้งของตัวเมืองและเทศบาลมีสภาพเป็นเกาะมีแม่น้ำล้อมรอบ ลักษณะดินเป็นดินปนทรายน้ำซึมได้ง่าย คูคลองในเขตเทศบาลจึงเก็บน้ำไว้ได้ไม่นาน ในฤดูร้อนน้ำจะแห้ง สภาพภูมิประเทศโดยทั่วไปเป็นที่ราบลุ่ม