Градът е разположен в източната част на Австрия, в подножието на Алпите, на брега на река Дунав, на 60 km от границите със Словакия и Унгария. През Виена преминава Дунав със своя ръкав — Донауканал. Река Виена също пресича града. Историческият град се е развил южно от Дунав, но в последните два века Виена се разраства по двата бряга на реката. Най-високата точка на града е в района Херманскогел (542 m), а най-ниската — в Лобау (151 m). Градът е заобиколен от Виенската гора.
Важното географско положение прави Виена удобно място за развитие на отношенията с източните страни. Това става особено видно след 1989 г., когато пада желязната завеса. Например, Виена се намира само на 60 km от столицата на Словакия, Братислава. Това е най-краткото разстояние между две столици в Европа (с изключение на Ватикан и Рим).
По формата си, Виена прилича на кръг, пресечен по хордата от река Дунав. Централната му част, така наречения Стар град, почти съвпада с административните граници на първи район (Вътрешния град). Рингщрасе (или просто Ринг) е поредица от булеварди, образуващи обръч около стария град. Историята на Рингщрасе започва през 1857 г., когато императорът взима решение да се разрушат крепостните стени, загубили отбранителните си функции и започнали да пречат, и да се построят на тяхно място представителни булеварди и поредица от здания в стил историзъм, които в днешно време се смятат за част от значимите забележителности на града. Улица Хюртел, образуваща втори полуръг около Виена, също възниква през в
тората половина на 19 век, в резултат на премахването на изгубилия военното си значение фортификационен вал, защитаващ Виена като предмостие от началото на 18 век. След Хюртел се намират бившите предградия, официално станали част от столицата през 1892 г.
