Челябинск расположен на восточном склоне Уральских гор, на 201 км южнее Екатеринбурга. Высота над уровнем моря — ок. 200—250 м. Геологическое расположение — западная часть — Урал (граниты), восточная часть — Западная Сибирь (осадочные породы), таким образом город находится на границе Урала и Сибири. Город стоит на реке Миасс, территорию города омывают Шершнёвское водохранилище и три озера: Смолино, Синеглазово, Первое. Рельеф города слабо холмистый на западе с постепенным понижением к востоку и «разрезается» долиной р. Миасс и ложбинами с озёрами и болотами. Берега реки покрыты местами лесом и кустарником. Река Миасс берет начало в Учалинском районе Республики Башкортостан, является правобережным притоком р. Исеть и впадает в нее на 218 км от устья. Длина реки 658 км, площадь водосбора 21800 км2. В пределах Челябинской области протяженность реки 384 км, площадь водосбора 6830 км2. Естественный сток реки зарегулирован Аргазинским и Шершневским водохранилищами. В настоящее время 70-80% воды Миасса проходит через трубопроводы и лишь 20-30% протекает по естественному руслу. Четыре пятых воды Миасс отдает на нужды народного хозяйства.
Река в пределах города имеет различный характер русла: в верхнем течении от совхоза Митрофановского до центра города большое количество меандр, пойма заболочена; в нижнем течении, от центра города до выхода реки за его пределы, долина характеризуется слабой извилистостью и асимметрией берегов.
В пределах Челябинской области формируется целый ряд рек, принадлежащих к бассейнам Волги, Тобола и Урала. Реки в основном маловодны, поскольку на территории области они представлены только своими верховьями. Из протекающих по территории Челябинской области 3602 рек, 90 процентов относятся к очень малым, длиной менее 10 километров.. Рек длиной более 10 км насчитывается 348, их суммарная длина составляет 10235 км. Протяженность свыше 100 км имеют всего 17 рек. И только 7 рек: Миасс, Уй, Урал, Ай, Уфа, Увелька, Гумбейка имеют в пределах области длину более 200 км.
Бассейн реки Тобол формируют реки Миасс, Уй, Увелька, Тогузак, Синара, Теча, Аят и другие.
Реки горно-лесной зоны: Уфа, Ай, Юрюзань, Сим и другие, текущие в северо-западном направлении, относятся к Волжско-Камскому бассейну. Для них как для горных рек характерны каменистое дно, быстрое течение, узкие долины, обрывистые берега.
Бассейн реки Урал представлен рекой Урал с притоками Гумбейка, Большая Караганка, Зингейка, Янгелька.
Южный Урал - край озер. На территории Челябинской области расположено более 3000 озер, общей площадью 2100 квадратных километров. Преобладают малые озера с площадью водного зеркала менее 0,5 квадратного километра (около 80 процентов озер). Озер площадью более 0,5 квадратного километра - 566, из них 468 имеют площадь от 0,5 до 5,0 квадратного километра и только 98 озер - больше 5 квадратных километров. Самые крупные озера в области-Увильды, Иртяш, Тургояк, Большой Кисегач. На Зауральской равнине озера мелкие с пресной водой – Калды, Второе озеро, Аргаяш, Алабуга, Куяш.
Особый тип представляют карстовые озера, возникшие на месте карстовых воронок и провалов. Карстовые озера (озеро Круглое в окрестностях Челябинска, озеро Боровушка в районе села Еткуль и другие) имеют обычно малые размеры, но большие глубины (до 10 - 15 метров и более).
В окрестностях города Челябинска расположено несколько озер разного происхождения: на восточной и южной окраинах города озера Первое и Смолино. Оба озера имеют соленую воду непригодную для пищевых и технических целей. В настоящее время наблюдается подъем уровня воды в естественных водоемах. Естественные обнажения пород наблюдаются по берегам реки Миасс и озера Смолино. Остальная площадь скрыта под покровом рыхлых четвертичных отложений.
В связи с недостаточностью водоснабжения в области созданы 378 водохранилищ и прудов. Крупных водохранилищ с объемом воды более 100 миллионов кубических метров всего 6: Аргазинское и Шершневское на реке Миасс, Верхнеуральское и Магнитогорское на реке Урал, Нязепетровское и Долгобродское на реке Уфа. Объем воды самого большого водохранилища Челябинской области - Аргазинского - составляет 966 миллионов кубических метров.
Климат района в целом континентальный, с холодной зимой и теплым летом, со средним годовым количеством осадков в количестве 436 мм осадков (летом – 332 мм, в холодный период – 104 мм).
Особенности климата связаны с расположением области в глубинах Евразии, на большом удалении от морей и океанов.
На формирование климата существенно влияют Уральские горы. Создающие препятствия на пути движения западных воздушных масс.
Для Челябинска характерна среднегодовая температура в 1,5 градуса; средняя температура наиболее холодного месяца – января – 16,40С; средняя температура наиболее теплого месяца – июля – 18,10С