Phoenix se trouve à 33°26'54" Nord, 112°4'26" Ouest (33.448457°, -112.073844°) dans la Salt River Valley, ou "Vallée du Soleil", dans le centre de l'Arizona. Il se trouve à une altitude moyenne de 340 m, dans la partie nord du désert de Sonoran.
À part les montagnes de la ville et des environs, la topographie de Phoenix est essentiellement plate. Cela permet aux rues principales de la ville de suivre une grille précise avec des voies larges et ouvertes.
La rivière Salt coule vers l'ouest à travers la ville de Phoenix. Le lit de la rivière est souvent sec ou juste un filet en raison de la forte utilisation de l'irrigation. La rivière est pleine après des pluies peu fréquentes ou lorsque davantage d'eau est libérée par les barrages en amont. La ville de Tempe a construit deux barrages gonflables dans le lit de la rivière Salt pour créer un lac de loisirs ouvert toute l'année, appelé Tempe Town Lake. Les barrages sont dégonflés pour permettre à la rivière de s'écouler sans entrave lors des lâchers. Le parc régional de Lake Pleasant se trouve dans le nord-ouest de Phoenix, dans la banlieue de Peoria, en Arizona.
Comme dans la plupart des régions de l'Arizona, Phoenix ne respecte pas l'heure d'été. En 1973, le gouvernement Jack Williams a fait valoir au Congrès que la consommation d'énergie augmenterait le soir. Les unités de réfrigération n'étaient pas utilisées aussi souvent le matin à l'heure normale. Il a poursuivi en disant que la consommation d'énergie augmenterait "parce qu'il y aurait plus de lumières allumées au petit matin". Il s'inquiétait également du fait que les enfants allaient à l'école dans le noir, ce qui était effectivement le cas. Les terres de la nation Navajo dans le nord-est de l'Arizona observent l'heure d'été conjointement avec le reste de leurs terres tribales dans d'autres états.
Climat
Phoenix a un climat aride, avec des étés très chauds et des hivers tempérés. La température moyenne élevée de l'été est parmi les plus chaudes de toutes les régions peuplées des États-Unis et se rapproche de celles de villes comme Riyad et Bagdad. La température atteint ou dépasse 38 °C (100 °F) pendant 110 jours en moyenne au cours de l'année, y compris la plupart des jours de fin mai à début septembre, et les températures maximales atteignent 43 °C (110 °F) pendant 18 jours en moyenne au cours de l'année. Le 26 juin 1990, la température a atteint un record absolu de 50 °C.
En moyenne, Phoenix n'a que 5 jours par an où la température tombe à zéro ou en dessous. Les zones périphériques de Phoenix sont souvent gelées, mais pas l'aéroport. La première gelée enregistrée a eu lieu le 3 novembre 1946, et la dernière le 4 avril 1945. La température la plus basse jamais enregistrée à Phoenix a été de 16 °F (-8,8 °C) le 7 janvier 1913.
Cityscape
Depuis 1986, la ville de Phoenix a été divisée en villages urbains, dont beaucoup sont basés sur des quartiers et des communautés historiquement importants. Chaque village dispose d'un comité de planification. Ce comité est nommé directement par le conseil municipal. Selon le manuel de planification des villages publié par la ville, l'objectif des comités de planification des villages est de travailler avec la commission de planification de la ville pour assurer un équilibre entre le logement et l'emploi dans chaque village. Les comités se concentrent également sur le développement des noyaux villageois identifiés, et sur la promotion du caractère et de l'identité uniques des villages.
Il y a 15 villages urbains dans la ville à l'heure actuelle : Ahwatukee Foothills, Alhambra, Camelback East, Central City, Deer Valley, Desert View, Encanto, Estrella, Laveen, Maryvale, North Gateway, North Mountain, Paradise Valley (à ne pas confondre avec la ville de Paradise Valley), South Mountain et Rio Vista. Rio Vista a été créé en tant que nouveau village en 2004 et est actuellement très peu peuplé, et aucun développement important n'est prévu dans un avenir proche.
Les régions et districts de Phoenix sont les suivants : Downtown, Midtown, West Phoenix, North Phoenix, South Phoenix, Biltmore Area, Arcadia, Sunnyslope, Ahwatukee.