Bolzano è situata alla quota di 262 m nella parte orientale dell'ampia conca originata dalla congiunzione delle valli di Isarco, Sarentina e dell'Adige. La conca è delimitata ad ovest dalla catena della Mendola, a nord-ovest dell'Altopiano del Salto (Salten, 1.500 m), a nord-est da una cima minore del Renon (Ritten) chiamata Monte Tondo (Hörtenberg), e a sud-est dal Monte Pozza (Stadlegg, 1.619 m) sul cui versante settentrionale si trova la località Colle (Kohlern), il cui nome è spesso impropriamente usato per designare l'intero monte.
Una piccola balza rocciosa di quest'ultimo, chiamata Virgolo, si erge verticalmente a ridosso la città.
La città è collegata ai tre monti più vicini da funivie che superano ciascuna circa mille metri di dislivello: la funivia del Colle che risale il Monte Pozza sino al Colle di Villa (Herrenkohlern), quella del Renon con arrivo a Soprabolzano e quella di San Genesio che raggiunge l'omonimo paese sull'altopiano del Salto. Dalla città, guardando in direzione est lungo la val d'Isarco, si vede il poco lontano e suggestivo Catinaccio (Rosengarten, 3.004 m), che è parte delle Dolomiti, con le caratteristiche Torri del Vajolet.
Bolzano è attraversata dal torrente Talvera che confluisce in città nel fiume Isarco, il quale a sua volta si getta nell'Adige pochi chilometri a sud della città stessa. Il nucleo storico della città risiede nel triangolo delimitato a ovest dal torrente Talvera, a sud dal fiume Isarco e a nord-est dal Monte Tondo.

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