La commune de Versailles se trouve à dix-neuf kilomètres au sud-ouest de Paris. Bien qu'elle en soit le chef-lieu , elle est totalement excentrée par rapport au département des Yvelines, puisqu'elle est en fait limitrophe du département des Hauts-de-Seine.
Les communes limitrophes sont Vaucresson, Marnes-la-Coquette et Ville-d'Avray au nord-est (toutes trois communes des Hauts-de-Seine), Viroflay à l'est, Vélizy-Villacoublay et Jouy-en-Josas au sud-est, Buc au sud, Guyancourt au sud-ouest, Saint-Cyr-l'École à l'ouest, Bailly et Rocquencourt au nord-ouest et Le Chesnay au nord.
Le territoire communal se trouve sur un plateau calcaire, marécageux à l'origine du fait du couvert de limon argileux, situé entre 100 et 150 mètres d'altitude, bordant au sud la vallée relativement encaissée de la Bièvre, entouré de hauteurs vers le sud-ouest et le nord-est et se prolongeant vers l'ouest par la plaine de Versailles.
Ce site ne dispose d'aucun cours d'eau important, caractéristique assez rare pour une ville de cette importance. Il est drainé par deux ruisseaux, le ru de Marivel, qui coule vers l'est et rejoint directement la Seine à Sèvres, et le ru de Gally qui rejoint vers l'ouest la Mauldre à Beynes.
Ces cours d'eau ont été modifiés par l'urbanisation : le cours du ru de Gally a été amputé lors de la construction du château et du creusement du Grand Canal dont il est l’émissaire naturel, le ru de Marivel est aujourd'hui devenu un égout entièrement couvert ...
