つくば市は、茨城県の南西部に位置し、県庁所在地水戸市から南西に約50km、首都東京から北東に約50km、成田国際空港（成田市）から北西に約40kmの距離に位置しています。面積は283.72㎢で、これは県内で4番目の広さになっています。
つくば市を取り巻く自然環境は、北に関東の名峰筑波山を、東に我が国第2位の面積を有する霞ヶ浦を控え、これらは水郷筑波国定公園に指定されているなど大変恵まれています。また、筑波・稲敷台地と呼ばれる標高20~30mの関東ローム層に覆われた平坦な地形であり南北に流れる小貝川、桜川、谷田川、西谷田川などの河川は、周辺の平地林、畑地あるいは水田等と一体となって落ち着いた田園風景を醸し出しています。
気候は、年間平均気温が14.2度と温暖な地域であり、年間降雨量は1,642.0mm（平成26年）となっています。また、降雪は年に2〜3回程度で、特に冬季に吹く「筑波おろし」と呼ばれる乾いた冷たい風は筑波山南部地域の特徴となっています。