Ankara ili, doğuda Kırıkkale, kuzeydoğuda Çankırı, kuzeybatıda Bolu, batıda Eskişehir, güneyde Konya, güneydoğuda Kırşehir ve Aksaray ile komşudur.

Coğrafi olarak Ankara, Sakarya ve Kızılırmak nehirlerinin tam ortasına kurulmuştur. Ankara ilinin yüzölçümü 25.632 km2'dir.

Türkiye toprakları üzerinde bulunan en büyük nehir olan Kızılırmak, 1.355 kilometre uzunluğuyla Ankara ilinin doğusunu, Türkiye'deki en uzun nehirlerden biri olan 824 kilometrelik Sakarya Nehri ise ilin batısını sulamaktadır. Sakarya Nehri'nin kollarından biri olan Ankara Çayı ise il merkezinden geçmektedir. Ankara ilinin güneyinde, dünyanın en tuzlu ikinci gölü olan %32,4 tuz oranına sahip 1300 km²'lik Tuz Gölü yer almaktadır. Tuz Gölü aynı zamanda Türkiye'nin en büyük kapalı havzası olan bölgede yer almaktadır.

İlin kurulduğu ovma alanda, yaklaşık %50'si tarım alanları, %28'i ormanlık ve fundalık alanlar, %12'si çayır ve meralar, %10'u ise tarım dışı arazilerden oluşmaktadır. Ankara ilinin en yüksek noktası Elmadağ'dır ve 2015 metre yüksekliğiyle dikkat çekerken, en geniş ovası Polatlı Ovası'dır ve 3789 km²'lik yüzölçümüne sahiptir. İlin en büyük gölü, Tuz Gölü'nün il sınırları içinde kalan 490 km²'lik alanıdır. En uzun akarsuyu ise il sınırları içinde yaklaşık 151 km'lik uzunluğuyla Sakarya Nehri'dir. Ankara ilinde toplam 14 doğal göl, 136 sulama göleti ve 11 baraj bulunmaktadır. En büyük baraj olan Sarıyar Barajı, 83,8 km²'lik yüzölçümüyle dikkat çekmektedir.