Тбилиси расположен в центре Кавказа, в межгорной равнине Грузии, в долине реки Куры, в тбилисском котловане на высоте 350-900 метров над уровнем моря, на север. широте 410 42′ и запад. долготе 44047′ и примыкает к нескольким физико-географическим единицам (к равнинам Шида и Квемо Картли и Иверского плато) и историко-географическим провинциям (к Квемо Картли, Триалети, Шида Картли и Кахети).
Площадь города составляет 500 км2 (застроено только 40%), а население превышает 1.1 миллион человек. Город начал развиваться особенно во второй половине XX века. В этот период население увеличилось в 2,5 раза, а площадь в 5 раз. Тбилиси – интернациональный город, в котором проживают люди разных вероисповеданий и десятков национальностей. По данным последней переписи, после грузин (84%) численно преобладают армяне и русские.
Тбилисский котлован расположен между отрогами среднегорных хребтов (Триалети, Сагурамо-Иално) и низкогорных хребтов (Кеени, Дзедзви и Махата). Климат в городе – сухой субтропический. В январе здесь средняя температура +0.90, а в июле – +24.40. Количество осадков колеблется от 540 мм. (в южной и восточной частях города) до 800 мм (в его северной и западной частях), испаряемость же достигает 900 мм. Подобная равномерность климатических показателей объясняется природными условиями, которые, в свою очередь, обусловлены многообразными ландшафтами. В пределах Тбилиси встречаются ландшафты 8 типов (субсредиземноморский семигумидный, субтропический семиаридный, гидроморфный и субгидроморфный, умеренно тёплый гумидный и др.), один из которых – тугай (приречный лес) – носит сквозной и фрагментарный характер.
В пределах города в реку Кура, то есть главную водную артерию города, вливаются множество рек, к ней примыкают сезонно сухие долины. Здесь Кура имеет протяжённость 35 километров. Находящиеся на окраинах города два озера (Черепашье и Лиси) и одно водохранилище являются важнейшими рекреационными объектами.
Тбилиси – важнейший экономический и транспортный центр Кавказа. В Тбилиси создаётся 2,5 из всей продукции, производимой в Грузии. Множество учебных заведений, архитектурных памятников, театров, выставочных залов и музеев обеспечивают городу значительную культурную и рекреационную функцию во всём Закавказье.