เขตเทศบาลเมืองนครปฐมตั้งอยู่ทางทิศเหนือของเขตเทศบาลนครนครปฐม (ตัวจังหวัดนครปฐม) มีเนื้อที่ประมาณ 22.2 ตารางกิโลเมตร หรือคิดเป็น 13,875 ไร่[3] ครอบคลุมหมู่ที่ 1–4, 6, 10 รวมทั้งบางส่วนของหมู่ที่ 5, 9 ของตำบลนครปฐม (ตามกฎหมายลักษณะปกครองท้องที่) และมีอาณาเขตติดต่อกับเขตองค์กรปกครองส่วนท้องถิ่นข้างเคียงดังต่อไปนี้

• ทิศเหนือ ติดต่อกับเขตองค์การบริหารส่วนตำบลทัพหลวงและเขตเทศบาลตำบลตาก้อง (อำเภอเมืองนครปฐม)
• ทิศตะวันออก ติดต่อกับเขตเทศบาลตำบลมาบแคและเขตเทศบาลตำบลบ่อพลับ (อำเภอเมืองนครปฐม)
• ทิศใต้ ติดต่อกับเขตเทศบาลนครนครปฐม (อำเภอเมืองนครปฐม)
• ทิศตะวันตก ติดต่อกับเขตองค์การบริหารส่วนตำบลหนองปากโลงและองค์การบริหารส่วนตำบลวังตะกู (อำเภอเมืองนครปฐม)