La città si trova circa nel centro della provincia di cui è capoluogo, nella Val Padana. Due fiumi la circondano senza peraltro attraversarla: il Secchia e il Panaro, la cui importanza per la città è testimoniata anche dalla presenza della Fontana dei due fiumi, dello scultore modenese Giuseppe Graziosi, situata in Largo Garibaldi.
Nasce all'interno della città il canale Naviglio, che sfocia nel fiume Panaro all'altezza di Bomporto.
Le prime propaggini dell'appennino modenese si trovano circa 10 km a sud della città, già al di fuori del territorio comunale.