神奈川県は関東平野の南西端に位置し、東西約78km、南北約60km となっている。県域はかつての相模国全域と武蔵国久良岐郡・橘樹郡・都筑郡（現在の川崎市および横浜市の一部）からなる。 西は丹沢山地で山梨県、箱根山地で静岡県と接する。東は東京湾に面し、東京湾アクアラインを介して千葉県と連絡する。南は相模湾に面し、三浦半島が太平洋に突出する。北東部の川崎市では多摩川下流が東京都との境界となっているが、中流部では東京都に属する稲城市、多摩市、町田市が多摩川以南に張り出し、町田市はその南西部で境川を都県境として本県の大和市、相模原市と接している。

土地の利用区分面積（）は、森林・原野が39.2% を占め、以下、宅地の26.5%、農用地の8.8%、道路の7.9%、水面の3.8% と続く。

県内の最高峰は蛭ヶ岳 (1,673m) で、檜洞丸 (1,601m)、大室山 (1,588m) が続く。川の長さは相模川 (55.6km) が最も長く、境川 (52.1km)、中津川 (32.8km) が続く。湖の面積は芦ノ湖 (7.1km²) が最も広く、宮ヶ瀬湖 (4.6km²)、相模湖 (3.3km²) と続く。