Bangui nằm gần biên giới đất nước, cạnh bờ bắc sông Ubangi, ngay kề một loạt ghềnh làm cản trở chuyên chở hàng hóa lên thượng lưu.[3] Bangui là thành phố lớn duy nhất bên con sông này, bao trùm một diện tích 67 kilômét vuông (26 dặm vuông Anh). Sông Ubangi ngoặc hướng nam sau khi chảy qua Bangui, đổ vào sông Congo ở chỗ ngay dưới xích đạo, gần Brazzaville. Sông Ubangi lập nên một phần ranh giới giữa Cộng hòa Trung Phi và Cộng hòa Dân chủ Congo. Thành phố Zongo của Congo nằm đối diện Bangui, phía bên kia sông Ubangi.[4] Vào mùa mưa, lượng nước sông hơn gấp ba lần lượng nước mùa khô. Bangui từng mang danh La Coquette ("[thành phố] xinh xắn") vào thập niên 1970.[5]

Ở gần sông, tại trung tâm thành phố, có một khải hoàn môn vinh danh Bokassa, dinh tổng thống và một khu chợ trung tâm. Nằm 5 kilômét (3,1 dặm) về phía bắc là lõi vùng dân cư, nơi có chợ lớn nhất và nơi hầu hết hoạt động về đêm diễn ra. Nhiều người trong vùng ngoại ô sống trong nhà gọi là Kodros, xây bằng gạch bùn với mái tranh.[6]

Dị thường từ tính Bangui, một trong những dị thường lớn nhất trên vỏ Trái Đất và lớn nhất châu Phi, có tâm ở Bangui."[7] Dù đặc điểm nó được nghiên cứu kĩ, người ta chưa hiểu rõ về nguồn gốc của nó.[8]

Cộng hòa Trung Phi nằm ngay trên xích đạo, với nhiệt độ hàng ngày thường đạt ít nhất 30 °C. Bangui, nằm ở miền nam đất nước, kế cạnh xích đạo, nóng và ẩm hơn so với miền bắc.[9] Nó có khí hậu xavan nhiệt đới (Köppen: Aw)[10] với mùa đông khô. Trời ấm trong khoảng 23 tháng 1 đến 18 tháng 3, trở lạnh trong khoảng 20 tháng 6 đến 27 tháng 8 (khi mưa rơi thường đi kèm lốc xoáy).[11] Quanh thành phố là rừng mưa rậm rạp.[12] Nhiều vùng ven hay ngoại ô hay phải chịu lụt. Tháng 6-7 năm 2009, những cơn mưa to đã làm 11.000 người mất nhà cửa.[13]