Bình Nhưỡng nằm ở phần tây-trung của CHDCND Triều Tiên; thành phố nằm trên một vùng đồng bằng bằng phẳng cách 50 km (30 mi) về phía đông của vịnh Triều Tiên, một bộ phận của Hoàng Hải. Sông Đại Đồng chảy theo hướng tây nam qua thành phố và đổ vào vịnh Triều Tiên. Phía tây bắc Bình Nhưỡng có các dãy núi thấp và phía đông có một số ngọn đồi nhỏ.

Khoảng cách từ Bình Nhưỡng đến khu phi quân sự Triều Tiên khoảng 145 km, xa hơn đến gần 100 km nếu so với quãng đường từ Seoul bên Hàn Quốc đến địa điểm này.

Cấu tạo địa chất Bình Nhưỡng nằm trên địa hệ đá vôi và đá hoa cương của kỷ Jura vào thời kỳ Đại Trung Sinh, Triều Tiên gọi là "hệ Đại Đồng". Thành phần thổ nhưỡng gồm đất cát đỏ hình thành từ phân giải đá vôi. Các loại khoáng sản chủ yếu là than non, bô xít, than bùn, đồng. Thảm thực vật thuộc vành đai cây lá kim.