Город располагается около 43 градусов северной широты (примерно посередине между Северным полюсом и экватором), то есть примерно на географической широте Ниццы, Торонто и Владивостока. Крайние точки территории Большого Сочи: западная (берег моря у пос. Магри) — 39°09’00" в.д., восточная (пик Кардывач Узловой) — 40°39’47" в.д., северная (гора Кашина — 44°07’17" с.ш., южная (берег моря Имеретинской бухты) — 43°23’08" с.ш. Координаты города Сочи (Главного почтамта) — 43°35’07" с.ш., 39°43’13" в.д.

Протяжённость Большого Сочи — 299 км. Однако чтобы проехать всю длину Большого Сочи по извилистой горной автодороге, необходимо преодолеть существенно большее расстояние. Территория города расположена вдоль побережья, местами расширяясь в горные долины вплоть до Главного Кавказского хребта на расстояние от 40 до 60 км. Из общей площади города только 250 км² находится под застройкой. По площади территории, подчинённой городскому совету, Большой Сочи в 3,5 раза больше Москвы, но имеет гораздо меньшее население — около 400 тыс. человек. Граничит с Туапсинским, Апшеронским и Мостовским районами Краснодарского края, Майкопским районом Республики Адыгея и Гагрским районом Республики Абхазия.

Сочи (Большой Сочи) опережает самые большие города РФ в плане дорожных пробок и является самым «медленным» городом РФ.

В окрестностях Сочи находятся гора Фишт (2867 м) и гора Чугуш (3238 м), обе видны из черты города.

Девственные колхидские леса Западного Кавказа на территории города (Кавказский государственный биосферный заповедник) внесены в список всемирного наследия ЮНЕСКО.

Сочи завоевал право проведения зимней Олимпиады 2014 года — первых зимних Олимпийских игр в России.