惠州市位于广东省中南部，珠江三角洲的东端。惠州市东部与广东省河源市、汕尾市交界，南部与南海大亚湾相邻，与香港隔海相望，西部与广东省深圳市、东莞市、广州市接壤，北部与广东省韶关市毗邻。惠州市的地理座标为东经113°51′至115°28′，北纬22°24′至23°57′，东西宽约152公里，南北长约128公里。惠州市的陆地面积为1.12万平方公里，海域面积为4520平方公里。
惠州市北部以山地居多，东部和南部为丘陵台地，东江沿岸和南部沿海有极小面积的平原。惠州的最高峰为莲花山，海拨1336米，另有海拨1000米以上的山峰13座，如罗浮山的飞云顶（海拨1281米）、白马山（海拨1256米）、南昆山的天堂顶（海拨1210米）等，这13座山峰及其从属的山脉包围在惠州行政区划的边界上，形成一个周边高，逐渐向南部沿海开口的簸箕形地形，而在此地形的中部，则多为花岗岩和红色砂岩构成的丘陵台地。
惠州市全境有大小河流20多条，较大的河流有东江和东江的支流西枝江、增江（又称为龙门河）。有湖泊和大小水库约130个，较大的有西湖、白盆珠水库、天堂山水库、显冈水库、花树下水库、角洞水库、水东陂水库等。惠州市南部靠海，海岸线长223.6公里，有大亚湾（和深圳市共有）和巽寮湾两个较大的海湾，有上百个大小岛屿。
惠州市地处亚热带，北回归线横贯全市，属南亚热带海洋性季风气候，境内阳光充足，雨量充沛，四季宜人。惠州市年平均日照时数为2.023小时。年平均气温为19.5℃-22.2℃。全年最热月为7月，月平均气温为28.3℃，全年最冷月为1月，月平均气温为13.0℃。年平均降水量为1700毫米-2000毫米，雨量主要集中在4月和9月，占全年的82.5%。