Благовещенск расположен на крайнем юге Амурско-Зейской равнины, на левом берегу Амура при впадении в него реки Зеи. Находится в 7985 км к востоку от Москвы, граничит с районом Айхуэй китайского городского округа Хэйхэ. Город Благовещенск и городской округ Хэйхэ разделяет река Амур, ширина которой в этой местности около 550 метров.
В самом городе протекают реки Бурхановка и Чигиринка. Рельеф города в основном равнинный, имеются небольшие возвышенности.
В окрестностях Благовещенска встречаются представители редчайшего вида - японские журавли. Произрастает уникальное растение - лотос Комарова. Иногда на территорию города заползает амурский полоз.
Благовещенск застраивался по типу римского военного лагеря: прямые улицы располагались параллельно и перпендикулярно друг другу. Одни брали начало от реки Амур, другие - от реки Зеи. Кварталы представляли собой правильные прямоугольники. Такая планировка города сохраняется до сих пор. В настоящее время город протянулся на 8 км вдоль Амура, вдоль Зеи - на 13 км.
Благовещенск лежит на одной параллели с Киевом и российским Черноземьем, несмотря на это зимы здесь более продолжительные и значительно более холодные. Погода в Благовещенске ввиду очень небольшой теплоемкости воздуха в температурном режиме очень зависит от продолжительности солнечного сияния и поступающего солнечного тепла. Поэтому декабрь холоднее февраля, а июнь лишь чуть холоднее чем август. В Благовещенске континентальный вариант умеренного муссонного климата. Континентальность климата проявляется в большой годовой (43 °C) и суточной (10 - 15 °C) амплитудах температур. Муссонность климата выражается в направлении сезонных ветров, активной циклонической деятельности и большом количестве осадков в теплое время года. Лето жаркое со значительным количеством солнечного сияния. Зима холодная, сухая, с маломощным снежным покровом. Температурный рекорд был зафиксирован 25 июня 2010 года, когда температура воздуха в городе поднялась до отметки + 39,4 °C.
Среднегодовая температура - + 1,6 °C.
Сумма активных температур (Tср > 10 °C) - 2555 (5 мая - 25 сентября).
Среднегодовая влажность воздуха - 67%.
Среднегодовая скорость ветра - 2,0 м/с.