La extensión territorial del departamento de Lima es de 34,948.57 kmē., equivalente al 2,7% del territorio nacional. Su superficie se ubica entre regiones de costa, de desiertos altos y de fértiles serranías ubicadas entre la vertiente occidental de la Cordillera Andina, con topografía abrupta que separa cuencas fluviales con ríos perennes y estacionales.

Los desiertos altos, a diferencia de las zonas desérticas bajas que se prolongan hasta el Océano Pacífico, están colocados sobre los flancos de la cordillera andina, cuyas estribaciones llegan en algunos puntos hasta el mismo borde del mar (Morro Solar).

El territorio de Lima abarca dos regiones naturales: Costa y Sierra. La Costa se caracteriza por ser una continuidad desértica intercalada por pequeños valles, y está conformada por pampas áridas y elevaciones de poca altura cercana a los mil metros como las del Cerro Pasamayo, ubicado a orillas del mar con ciertas elevaciones llamadas "Pomas" donde se desarrollan especiales condiciones locales de temperatura y precipitación que dan lugar al crecimiento temporal de abundante vegetación como las "Lomas de Lachay" a 92 kilómetros al norte de la ciudad de Lima.

Los ríos que descienden de la Cordillera Occidental, entallándola y formando valles con fondos estrechos, contribuyen a dotar a Lima de fértiles zonas agrícolas y ganaderas. Entre estas corrientes de aguas que rompen en sus partes bajas y medias la homogeneidad del desierto, cabe destacar, de norte a sur, los ríos vecinos de Fortaleza, Pativilca y Chancay, al norte de Lima. El Rímac, con sus cuasi afluentes Chillón y Lurín, diseñan a groso modo en su curso inferior; más al sur están los cursos de Mala y Cañete. En la Región de la Costa se ubica la Provincia Constitucional del Callao, que según informe de Alfonso Martín de Don Benito, uno de los tres comisionados de Francisco Pizarro, la bondad hidrográfica de la bahía del Callao determinó la elección de Lima como capital de los "nuevos reinos" del Perú. También en el mar y cerca del litoral, se ofrece el testimonio de la antigua Cordillera Costanera y a lo largo de buena parte de la Costa se observa un apreciable número de islas, islotes y mesetas. La isla de San Lorenzo es la más grande y extensa de las islas del Pacífico del Perú, su altura llega a cerca de los 300 metros.

El departamento de Lima tiene en su litoral algunas consideraciones importantes, que es necesario reseñar, los Andes, que se alzan muy altos a la proximidad más estrecha del mar, en el litoral peruano, definen también algunas profundidades submarinas entre las que deben mencionarse las del Callao y Chancay. La del Callao se llama Milne en algunos mapas y es posible que pase los 5,000 metros, la misma distancia de la altitud de Lima a la Oroya. Por otra parte el mar del departamento cuenta con algunas bahías muy hermosas y apropiadas para puertos, como Cerro Azul, Chancay, Huacho.

La otra región de Lima es la Sierra, llamada así por los conquistadores españoles por la similitud de su panorama con los dientes hacia arriba de la herramienta conocida como sierra, abarca aproximadamente 21 mil 787 km²., y se caracteriza por su configuración accidentada con estrechas y profundas quebradas de paredes abruptas y relieves inclinados. La sierra de Lima se ubica en la Cordillera Occidental de los Andes, con alturas que varían desde los "0" metros hasta cerca de 6 mil metros sobre el nivel del mar. El carácter eminentemente andino del departamento de Lima, su posición central en el Perú, el factor hidráulico de sus ríos a distancias en promedio de 100 kms., favoreciendo la cercanía de sus valles o centros agrícolas han sido factores importantes para afianzar las actividades agrícolas y pecuarias del departamento.

El clima es variado, templado, húmedo y con alta nubosidad en el invierno en la zona costera, donde las precipitaciones son escasas y se producen generalmente en forma de "garúas" o "lloviznas", sólo en años excepcionales y durante el verano se producen lluvias de intensidad que generalmente son de corta duración.

En la zona andina, el clima varía desde el templado-cálido de los valles profundos, el templado de altitudes medias como los que se observan en Canta o San Mateo, el templado frío de las punas y el frío de la alta cordillera. El clima andino se caracteriza por una fuerte insolación, sequedad de atmósfera que se hace cada vez mayor con la altitud y lluvias que concentradas entre los meses de diciembre a marzo se producen a partir de los mil metros de latitud, originando a veces "huaicos" destructivos. Las precipitaciones en la alta montaña, más o menos a los 5 mil metros, es principalmente en forma de nieve. Las variaciones de temperatura son cada vez más diferenciadas entre el día y la noche, iguales cambios se observan entre el sol y la sombra.

Los ríos del departamento de Lima son de poco recorrido, nacen en el contrafuerte de la Cordillera Occidental de los Andes; algunos son de caudal permanente y considerable, disminuyendo en invierno y otros son de caudal irregular. Los ríos Pativilca y Huarmey, con un recorrido de algo más de 100 kilómetros, bajan por estrechos cauces y sólo en su desembocadura ofrecen la posibilidad de tierras planas para la agricultura.

El río Huaura, nace en las zonas de nieves de Cajatambo y desemboca en el pueblo de Huaura. El caudal del río Chillón que baja por la cerrada quebrada de Canta, desde las lagunas de la Cordillera, demuestra la característica andina tan próxima a la capital. El río Rímac con curso de 160 kilómetros, está formado por la unión del Santa Eulalia en el pueblo de Ricardo Palma, cerca de Chosica; pero su curso no se remonta a la región de las nieves, sino a las serranías más bajas de Huarochirí.

El río Cañete, situado al sur, es de formación lacustre, gracias a las lagunas de Pariacaca y Cochahuasi, situadas entre los 3 mil 400 y 3 mil 800 de altitud; los nevados de Laraos y de Vadones alimentan este curso con sus aguas, lo que ha permitido regular su caudal en favor de la mayor expansión agrícola hacia las pampas de Imperial. Entre los ríos Rímac y Cañete se encuentran los cursos menores de Pachacamac y de Mala; las quebradas de Chilca y de Aura y en el sur del departamento, la quebrada de Topará, que le sirve de límite con la Región Los Libertadores-Wari.

Entre sus principales lagunas se pueden citar las de: Pomaroche y Paucarcocha, en la provincia de Yauyos; Totoral y Shujocc, en Huarochirí; Piticocha y Chauchín, en Canta; Quisa (Quisha) y Piconga, en Huaral. Asimismo, es importante mencionar la existencia de fuentes termales como: Churín en la provincia de Oyón; Salinas en Huacho; San Mateo y Viso en Huarochirí; Chuchín y Santa Catalina en Canta.

Las principales Islas en el litoral de Lima son: Chiquitina, Brava, Mazorca e Islote Pelado entre Huacho y Chancay; Pescadores frente a Ancón; Pachacamac, San Francisco y Grupo Tarallones frente a Lurín; Naplo frente a Pucusana y Asia frente a Asia. Cuenta con algunos puertos como: Supe, Huacho, Chancay, Ancón y Cerro Azul.

El departamento de Lima tiene una extensión de 34,948.57 Kmē equivalente al 2.7 % del territorio nacional y está conformado por 10 provincias y una Provincia Constitucional que es el Callao, cuenta con 177 distritos que pertenecen 171 a las 10 Provincias de Lima y 6 distritos a la Provincia Constitucional del Callao.

Las provincias que lo conforman son las siguientes:

Lima, tiene 2’664,67 Kmē, Cajatambo 1515,21 Kmē, Cañete 4580,64 Kmē, Huaura 4891,92 Kmē, Huarochiri 5657,93 Kmē, Yauyos, que es la más extensa de las provincias de Lima con 6901,58 Kmē, Huaral con 3655,70 Kmē, Barranca 1355,87 Kmē y Oyón 1886,05 Kmē. Por su parte la extensión territorial de la Provincia Constitucional del Callao es de 146,98 Kmē, colindante con la provincia de Lima y es considerada para fines de análisis como una sola unidad, constituyendo el área de Lima Metropolitana ( D.S. Nš 011-72-PM del 25 de abril-1972 ). En relación a la densidad poblacional se puede observar que tanto la provincia de Lima (2380,29 hab/kmē) como la Provincia Constitucional del Callao (4884,43 hab/kmē) presentan las densidades demográficas más altas de todo el país, en ellas confluyen los habitantes del territorio nacional producto del fenómeno migratorio que tiende a centralizarse en Lima Metropolitana.

Asimismo, se observa que los distritos con mayores concentraciones poblacionales son: Breña (27086,65 hab/kmē), Surquillo (24795,66 hab/kmē ), La Victoria (24006,41 hab/kmē) y La Perla ( 23699,27 hab/kmē). Pero el mismo fenómeno de urbanización, hace que otros distritos tengan densidades poblacionales muy bajas; así encontramos que en el resto de provincias de Lima, el distrito de Hualmay que pertenece a la provincia de Huaura, registra la densidad poblacional más alta (4418,07 hab/kmē ), mientras que en el otro extremo se sitúa el distrito de Tauripampa en la provincia de Yauyos con una densidad poblacional que sólo llega a ( 1,33 hab/kmē ).