Thành phố Davao cách 946 km về phía đông nam của Manila theo đường bộ, và 971 km theo đường biển. Thành phố nằm tại phần đông nam của Mindanao, bên bờ vịnh Davao, đối diện với đảo Samal.

Diện tích đất liền của thành phố Davao là 2.443,61 km², có nhiều đồi núi ở phía tây (khu Marilog) và dốc xuống bờ biển phía đông nam. Núi Apo ở mũi tây nam của thành phố là đỉnh cao nhất tại Philippines. Công viên quốc gia Núi Apo gồm núi Apo và khu vực xung quanh, nó được thành lập vào năm 1936 nhằm bảo vệ động thực vật trong khu vực. Sông Davao là kênh thoát nước chính của thành phố, với lưu vực rộng 1.700 km² và dài 160 km. Sông Davao khởi nguồn tại thị trấn San Fernando, Bukidnon, cửa sông nằm tại Barangay Bucana thuộc khu Talomo.

Núi Apo có nhiều loài chim, 111 trong số đó là loài đặc hữu trong khu vực. Núi cũng có một trong số các loài đại bàng lớn nhất thế giới là đại bàng Philipines, đây là một loài bị đe doạ nghiêm trọng và là quốc điểu của Philippines. Quỹ Đại bàng Philippines có trụ sở gần thành phố.[7]. Trong số các loài thực vật đặc hữu tại đây có waling-waling, còn gọi là "nữ hoàng của các loài hoa Philippines" và là một trong các quốc hoa của quần đảo. Các loài cây ăn quả như măng cụt và sầu riêng được trồng nhiều trên núi Apo.

Thành phố Davao có khí hậu rừng mưa nhiệt đới (phân loại khí hậu Köppen Af), có nhiệt độ ít biến động theo mùa. Nhiệt độ trung bình tháng thường trên 26 °C (78,8 °F), và lượng mưa trung bình tháng là trên 77 milimét (3,03 in). Thành phố không có mùa khô theo đúng nghĩa.