Thành phố Long Xuyên cách Thành phố Hồ Chí Minh khoảng 185 km về phía tây nam, thành phố Cần Thơ khoảng 60 km về phía tây bắc và cách biên giới Campuchia 55 km. Thành phố nằm bên bờ sông Hậu và có vị trí địa lý:

• Phía đông giáp huyện Lấp Vò, tỉnh Đồng Tháp qua một đoạn nhỏ sông Hậu và huyện Chợ Mới
• Phía tây giáp huyện Thoại Sơn
• Phía nam giáp quận Thốt Nốt và huyện Vĩnh Thạnh, thành phố Cần Thơ
• Phía bắc giáp huyện Châu Thành

Thành phố Long Xuyên có diện tích nội thành là 24,4 km², chiếm khoảng 19,08% diện tích đất tự nhiên thành phố. Là một trong những trung tâm đô thị lớn của vùng đồng bằng sông Cửu Long.