Kuala Lumpur là một bộ phận của Thung lũng Klang rộng lớn, thung lũng giáp với dãy Titiwangsa ở phía đông, một vài dãy núi nhỏ ở phía bắc và phía nam, và eo biển Malacca ở phía tây. Kuala Lumpur là một thuật ngữ trong tiếng Mã Lai, có thể dịch là "ngã ba sông lầy bùn" do nó nằm tại nơi hợp lưu giữa sông Klang và sông Gombak.[26]

Kula Lumpur nằm ở trung tâm của bang Selangor, Kuala Lumpur trước đây nằm dưới quyền quản lý của chính phủ bang Selangor. Năm 1974, Kuala Lumpur được tách khỏi Selangor để hình thành một lãnh thổ liên bang do Chính phủ Liên bang Malaysia trực tiếp quản lý. Kuala Lumpur nằm ở vùng duyên hải phía tây của Malaysia bán đảo, vốn có vùng đất bằng phẳng rộng hơn vùng duyên hải phía đông. Thành phố có giới hạn lãnh thổ trong 243 km2 (94 sq mi),[27] với cao độ trung bình 21,95 m (72,0 ft).[28]

Được dãy Titiwangsa bảo vệ ở phía đông và được đảo Sumatra của Indonesia chắn ở phía tây, Kuala Lumpur có khí hậu xích đạo đặc trưng của rừng mưa nhiệt đới (phân loại khí hậu Köppen Af) với thời tiết nắng ấm quanh năm, cùng lượng mưa dồi dào, đặc biệt là khi có gió mùa đông bắc từ tháng 10 đến tháng 3. Nhiệt độ có xu hướng không thay đổi. Mức nhiệt tối cao dao động giữa 31 và 33 °C (88 và 91 °F) và chưa từng vượt quá 39,3 °C (102,7 °F), trong khi mức nhiệt tối thấp dao động giữa 22 và 23,5 °C (71,6 và 74,3 °F) và chưa từng xuống quá 14,4 °C (57,9 °F).[29][30] Kuala Lumpur thường nhận được lượng mưa mỗi năm tối thiểu là 2.600 mm (100 in); tháng 6 và tháng 7 tương đối khô, song sau đó lượng mưa thường vượt quá 127 milimét (5,0 in) mỗi tháng.[31][32]

Kuala Lumpur thường bị lụt mỗi khi có mưa như trút, đặc biệt là tại trung tâm thành phố và các khu vực hạ lưu.[33] Khói từ các đám cháy rừng trên đảo Sumatra lân cận đôi khi hợp lại thành khói mùa bao trùm khu vực. Đây là nguồn ô nhiễm chính tại Kuala Lumpur cùng với hoạt động đốt lộ thiên, khí thải từ các loại xe cơ giới và công trình xây dựng.[34]