因为洛阳作为中原形胜之地，地势利于防守，有王霸之气。自然气候宜人，适合农耕、居住。各古代王朝选择在此建都的太多，十朝古都不是虚言。三代开始，洛阳一带就是都城，东周平王东迁使得东周都城在此，汉末迁都洛阳后，魏晋之都在此，隋唐又以洛阳为东都，所以其周边都城遗址众多。
洛阳市地势西高东低，境内山川丘陵交错，地形复杂，其中山区45.51%，丘陵40.73%，平原占13.8%，周围有郁山、邙山、青要山、荆紫山、周山、樱山、龙门山、香山、万安山、首阳山、嵩山等多座山脉。
洛阳市位于豫西地区与东秦岭褶皱系，地势西高东低，有伏牛、外方、熊耳及崤山四大山脉。伏牛山自西南横贯南部，外方山为东南屏障，熊耳山自西南斜贯中部伸向东北，崤山位于西部。
伏牛山海拔1500-2000米；外方山为伏牛山分支，海拔600-1000米；熊耳山海拔1500-2000米，为伊、洛河分水岭；崤山海拔1200-1800米，境内最高点为海拔2212.5米的伏牛山主峰老君山。
洛阳市属暖温带大陆性季风气候，年均气温12.2-24.6℃，无霜期210天以上，年降水量528-800毫米，年日照为2200-2300小时，年均湿度60-70%。主要自然灾害有旱、满、雹、暴雨、干热风等。
洛阳市境内主要河流有黄河、洛河、伊河、涧河、汝河等。黄河为北部界河，过境长97千米；洛河过境长200千米；伊河发源于栾川县南境伏牛山区，在偃师汇入洛河，过境长175.3千米。境内河流主要属黄河流域，发源于伏牛山的老灌河、白河属长江水系。
