伦敦受北大西洋暖流和西风影响，属温带海洋性气候，四季温差小，夏季凉爽，冬季温暖，空气湿润，多雨雾，秋冬尤甚。

伦敦夏季的气温在18°C左右，有时也会达到30°C或更高。在春季和秋季，气温则维持在15°C左右。而在冬季，气温波动在6°C左右。在伦敦冬季有罕见结冰的情况。伦敦跨泰晤士河两岸，以平原为主，地形平坦，地势较低。全市平均海拔约为24米（79英尺）。伦敦泰晤士河的年平均径流总量约为159亿立方米，人均占有量约为270立方米。伦敦的工业化程度很高，水资源开发利用主要为了改善城乡人民的生活用水，发展工业、内河航运、水产养殖和水上旅游等。 泰晤士河是伦敦重要的一条河流，该河流发源于英格兰南部科茨沃尔德丘陵靠近塞伦塞斯特的地方，河流先由西向东流，至牛津转向东南方向流，过雷丁后转向东北流，至温莎再次转向东流经伦敦，最后在绍森德附近注入北海。泰晤士河水网较复杂，支流众多，其主要支流有彻恩河、科恩河、科尔河、温德拉什河、埃文洛德河、查韦尔河、雷河、奥克河、肯尼特河、洛登河、韦河、利河、罗丁河以及达伦特河等。伦敦位于英格兰东南部，跨泰晤士河下游两岸，距河口88千米，城市中心坐标为北纬51°30′—东经0.1°5′。大伦敦面积约1577平方千米，伦敦市区面积约310平方千米。