市位于湖南省西北部，地处云贵高原隆起与洞庭湖沉降区结合部，介于东经109度40分至111度20分、北纬28度52分至29度48分之间，东接石门、桃源县，南邻沅陵县，北抵湖北省的鹤峰、宣恩县。市界东西最长167公里，南北最宽96公里。全市总面积9653平方公里，占全省面积的4.5%。张家界市的地层复杂多样，造化了当地的特色景观。
　　 
    在张家界市区境内，由于受地理、地层、构造、气候等诸多条件的影响，便形成了多姿多彩的地貌奇观。从地势上来看，张家界市西接云贵高原，东临洞庭湖，北与鄂西山区接壤，南又与雪峰山毗连。其总的地势是：东南与中部低，四周高，沿澧水河流两岸，又有一块一块的冲积土平原。该市境内一年四季，气候温和，雨量充沛，溪流发育，各条溪流的均汇集到澧水河，然后从西向东，一直流进八百里洞庭湖。湖内，沉积着几十米几百米厚的泥沙。与洞庭湖相反，从东向西，地势又逐渐升高，到市区中心地段，便出现了海拔高达1500余米的天门山、七星山等高山峻岭。有高山峻岭，又有低谷平原，这就是本区独特的流水侵蚀地貌。
　　 
    武陵源景区内的巨厚的石英砂岩，产状平缓，使岩层不能沿层面薄弱部位滑塌，覆盖在志留系柔性的页岩之上。重力作用，使得刚性的石英砂岩垂直节理发育，在水流强烈的侵蚀作用下，岩层不但解体、崩塌，流水搬运，残留在原地的便形成雄、奇、险、秀、幽、旷等千奇百怪的峰林，是武陵源风景区的主体。慈利县五雷山风景胜地，同样也是由同一层位的石英砂岩组成，岩层产状也平缓。五台山顶部有黄绿色的页石、泥灰岩覆盖，它是隔水岩系，可以保护下伏砂岩免受流水侵蚀。