Lịch sử và sự phát triển của Minneapolis gắn liền với nước, đặc điểm vật lý làm nên thành phố, được đổ xuống vùng này từ kỉ băng hà cuối cùng. Được cung cấp bởi các tảng băng đang lùi dần và hồ Agassiz mười ngàn năm về trước, dòng nước từ sông băng cắt ngang Mississippi và lòng sông Minnehaha, tạo nên các thác nước quan trọng với Minneapolis hiện đại.[13] Nằm trên một artesian aquifer[3] và địa hình bằng phẳng, Minneapolis có tổng diện tích 58.4 mi² (151.3 km²) và trong đó có 6% là nước.[14] Nước được lưu chuyển bởi watershed districts tương ứng với Mississippi và ba suối lớn của thành phố.[15]

Trung tâm thành phố chỉ hơi về phía nam của vĩ độ 45° N.[16] Điểm thấp nhất của thành phố là 686 ft (209 m) gần nơi suối Minnehaha gặp sông Mississippi. Địa điểm của Tháp nước trong công viên Prospect thường được xem là nơi cao nhất của thành phố [17] và một tấm biển ở công viên Deming Heights ký hiệu điểm cao nhất, nhưng một điểm ở độ cao 974 ft (296.8 m) gần công viên Waite Park ở đông bắc Minneapolis được phần mềm Google Earth cho là nền cao nhất.

Khí hậu của Minneapolis là kiểu khí hậu Trung tây thượng của Hoa Kỳ. Mùa đông hết sức lạnh lẽo và khô, trong khi mùa hè thì ấm, đôi khi nóng, và thường ẩm ướt. Thành phố có đủ các loại hình thời tiết, bao gồm cả tuyết, đóng băng mỏng, băng, mưa, giông, lốc xoáy, và sương mù. Nhiệt độ cao nhất ghi lại được ở Minneapolis là 108 °F (42.2 °C) vào tháng 7 năm 1936, và nhiệt độ lạnh nhất ghi lại được là -41 °F (-40.6 °C), vào tháng 1 năm 1888. Mùa đông nhiều tuyết nhất là 1983–84, với lượng tuyết rơi là 98.4 in (2.5 m).[18]

Vì nằm ở phía bắc của Hoa Kỳ và không có một khối lượng nước lớn để điều hòa khí hậu, Minneapolis thường bị ảnh hưởng của các khối khí lạnh vùng cực trong suốt các tháng mùa đông. Nhiệt độ trung bình hằng năm là 45.4 °F (7 °C) làm cho Minneapolis–St.Paul là khu vực đô thị lạnh lẽo nhất tính theo nhiệt độ trung bình hằng năm của bất kì khu đô thị nào trong lục địa Hoa Kỳ[19]