Toronto có diện tích 630 kilômét vuông (243 sq mi),[29] khoảng cách bắc-nam tối đa là 21 kilômét (13 mi) và khoảng cách đông-tây tối đa là 43 km (27 mi). Thành phố có 46 kilômét (29 mi) bờ hồ Ontario. Quần đảo Toronto và Port Lands kéo dài vào trong hồ, che chắn phần nào cho cảng Toronto ở phía nam lõi trung tâm đô thị.[30] Ranh giới của Toronto giới hạn bởi là hồ Ontario ở phía nam, sông Etobicoke và tỉnh lộ 427 ở phía tây, đại lộ Steeles ở phía bắc và sông Rouge cùng đường Scarborough-Pickering Townline ở phía đông.

Thành phố bị ba sông cùng nhiều chi lưu của chúng cắt ngang: sông Humber ở cực tây và sông Don ở phía đông khu trung tâm gần cảng Toronto, và sông Rouge tạo thành ranh giới phía đông của thành phố. Cảng Toronto được hình thành một cách tự nhiên nhờ trầm tích tích tụ từ các dòng nước trong hồ tạo nên quần đảo Toronto. Nhiều sông suối chảy từ phía bắc hướng đến hồ bào mòn địa hình thành những vùng khe núi lớn có cây cối rậm rạp, tạo ra các địa điểm lý tưởng để hình thành những công viên và đường tản bộ tiêu khiển. Tuy nhiên, các khe núi cũng gây trở ngại cho thiết kế ô vuông của thành phố, dẫn đến việc nhiều đại lộ kết thúc ở một bên khe núi và tiếp tục ở bên khác. Những khe núi sâu tỏ ra hữu dụng trong việc thoát nước khi có mưa lớn.

Trong kỷ băng hà cuối, phần hạ của Toronto ở bên dưới hồ băng Iroquois. Ngày nay, một loạt vách đứng đánh dấu ranh giới cũ của hồ. Mặc dù có những khe núi sâu, Toronto không có địa hình đối núi đáng kể, song độ cao tăng dần khi ra xa hồ. Độ cao biến đổi từ 75 mét (246 ft) trên mực nước biển tại bờ hồ Ontario đến 209 m (686 ft) trên mực nước biển gần Đại học York ở phần cực bắc của thành phố tại nơi giao cắt giữa phố Keele và đại lộ Steeles.[31] Phần lớn diện tích đất liền bờ hồ hiện nay đối diện với cảng Toronto được lấp đất nhân tạo vào cuối thế kỷ 19, phần lớn Port Lands nằm lân cận cũng là do lấp đất. Quần đảo Toronto nguyên là một mũi đất song một cơn bão vào năm 1858 đã cắt đứt kết nối của nó với đại lục, tạo ra một kênh mà sau này được các tàu sử dụng để tiếp cận bến tàu.

Toronto có khí hậu lục địa ẩm (Köppen: Dfa/Dfb), với mùa hè ấm và ẩm và mùa đông lạnh. Thành phố trải qua bốn mùa riêng biệt, chênh lệch nhiệt độ giữa các ngày là đáng kể, đặc biệt là khi thời tiết lạnh. Do đô thị hóa và nằm sát hồ, Toronto có chênh lệch nhiệt độ ngày đêm khá thấp. Không gian đô thị đông đúc khiến cho ban đêm ấm hơn quanh năm và trong mùa đông không lạnh như khu vực xung quanh (đặc biệt là ở phía bắc của thành phố); tuy nhiên, thành phố có thể mát hơn đáng kể vào nhiều chiều mùa xuân và đầu hè do ảnh hưởng của gió thổi từ hồ. Những ảnh hưởng thủy vực quy mô nhỏ khác lên khí hậu Toronto gồm có tuyết hiệu ứng hồ, sương mù, và trễ mùa.

Trong mùa đông, Toronto đôi khi bất chợt có nhiệt độ dưới −10 °C (14 °F), thường khiến cảm thấy lạnh hơn do phong hàn. Bão tuyết, thỉnh thoảng kèm với đóng băng và mưa, có thể phá hỏng lịch trình làm việc và lữ hành, tuyết rơi thành đống có thể xuất hiện từ tháng 11 đến giữa tháng 4. Tuy nhiên, cũng có thể xuất hiện những khoản thời gian thời tiết ôn hòa trong hầu hết mùa đông, làm tan những đóng tuyết. Những tháng mùa hè có đặc trưng là thời tiết ẩm kéo dài, nhiệt độ thường dao động trong khoảng 23 đến 31 °C (73 đến 88 °F), nhiệt độ ban ngày thỉnh thoảng vượt quá 35 °C (95 °F) kèm theo độ ẩm cao khiến cảm thấy ngột ngạt. Mùa xuân và mùa thu thường có nhiệt độ ôn hòa hoặc mát, các giai đoạn khô và ẩm xen kẽ.

Toronto có lượng mưa phân bố kha đều trong năm, song mùa hè thường là mùa mưa nhiều nhất, nhất là trong các cơn dông. Có những giai đoạn thời tiết khô, song tình hình hiếm khi giống như hạn hán. Lượng giáng thủy trung bình năm là khoảng 831 mm (32,7 in), với lượng tuyết trung bình năm là khoảng 122 cm (48 in). Toronto có trung bình 2.066 giờ nắng mỗi năm, hay 45% số giờ ban ngày, biến động giữa 28% trong tháng 12 đến 60% trong tháng 7.