Phoenix se află la 33°26'54" nord, 112°4'26" vest (33.448457°, -112.073844°) în Salt River Valley, sau "Valea Soarelui", în centrul Arizonei. Se află la o altitudine medie de 1.117 picioare (340 m), în partea de nord a deșertului Sonoran.
În afară de munții din interiorul și din jurul orașului, topografia orașului Phoenix este în mare parte plată. Acest lucru permite ca străzile principale ale orașului să se desfășoare după o grilă precisă, cu șosele largi și spațiate.
Râul Salt River traversează orașul Phoenix spre vest. Albia râului este adesea uscată sau este doar un firicel de apă din cauza utilizării mari a irigațiilor. Râul este plin după ploi rare sau atunci când se eliberează mai multă apă de la barajele din amonte. Orașul Tempe a construit două baraje gonflabile în albia râului Salt pentru a crea un lac de agrement pe tot parcursul anului, numit Tempe Town Lake. Barajele sunt dezumflate pentru a permite râului să curgă nestingherit în timpul eliberărilor. Parcul regional Lake Pleasant se află în nord-vestul orașului Phoenix, în suburbia Peoria, Arizona.
La fel ca în cea mai mare parte a Arizonei, Phoenix nu respectă ora de vară. În 1973, guvernatorul Jack Williams a argumentat în fața Congresului că utilizarea energiei ar crește seara. Unitățile de refrigerare nu erau folosite la fel de des dimineața la ora standard. El a continuat spunând că consumul de energie ar crește "pentru că ar fi mai multe lumini aprinse dimineața devreme". De asemenea, a fost îngrijorat de faptul că copiii mergeau la școală pe întuneric, ceea ce, într-adevăr, se întâmpla. Teritoriile Navajo Nation din nord-estul Arizonei respectă ora de vară împreună cu restul teritoriilor lor tribale din alte state.
Clima
Phoenix are o climă aridă, cu veri foarte calde și ierni temperate. Media temperaturilor ridicate din timpul verii se numără printre cele mai ridicate din orice zonă populată din Statele Unite și se apropie de cele ale unor orașe precum Riyadh și Bagdad. Temperatura atinge sau depășește 38°C (100°F) în medie în 110 zile pe parcursul anului, inclusiv în majoritatea zilelor de la sfârșitul lunii mai până la începutul lunii septembrie, iar maximele depășesc 43°C (110°F) în medie în 18 zile pe parcursul anului. La 26 iunie 1990, temperatura a atins un maxim istoric de 50 °C (122 °F).
În medie, în Phoenix sunt doar 5 zile pe an în care temperatura scade la sau sub zero grade Celsius. În mod frecvent, zonele periferice din Phoenix sunt afectate de îngheț, dar nu și aeroportul. Cel mai timpuriu îngheț înregistrat a avut loc pe 3 noiembrie 1946, iar cel mai târziu pe 4 aprilie 1945. Cea mai scăzută temperatură înregistrată vreodată în Phoenix a fost de -8,8 °C (16 °F) la 7 ianuarie 1913.
Cityscape
Din 1986, orașul Phoenix a fost împărțit în sate urbane, multe dintre acestea fiind bazate pe cartiere și comunități cu semnificație istorică. Fiecare sat are un comitet de planificare. Acest comitet este numit direct de către consiliul municipal. Conform manualului de planificare a satelor emis de oraș, scopul comitetelor de planificare a satelor este de a lucra cu comisia de planificare a orașului pentru a asigura un echilibru între locuințe și locuri de muncă în fiecare sat. Comitetele se concentrează, de asemenea, pe dezvoltarea în nucleele satelor identificate și pe promovarea caracterului unic și a identității satelor.
În acest moment, în oraș există 15 sate urbane: Ahwatukee Foothills, Alhambra, Camelback East, Central City, Deer Valley, Desert View, Encanto, Estrella, Laveen, Maryvale, North Gateway, North Mountain, Paradise Valley (a nu se confunda cu orașul Paradise Valley), South Mountain și Rio Vista. Rio Vista a fost creat ca New Village în 2004 și este în prezent foarte puțin populat, nefiind prevăzută o dezvoltare mare în viitorul apropiat.
Regiunile și districtele din Phoenix la care se face referire în mod obișnuit sunt: Downtown, Midtown, West Phoenix, North Phoenix, South Phoenix, Biltmore Area, Arcadia, Sunnyslope, Ahwatukee.