Le lac Léman (Lac Léman en français) est la caractéristique géographique la plus importante de la région de Lausanne. Lausanne est située sur le versant sud du plateau suisse, avec une différence d'altitude de 500 mètres (1,640 2016 pieds) entre la rive du lac d'Ouchy et sa limite nord jouxtant Le Mont-sur-Lausanne et Épalinges. Lausanne a une vue imprenable sur le lac et les Alpes.
Outre sa forme généralement inclinée vers le sud, le centre-ville est l'emplacement d'une ancienne rivière, le Flon, qui est recouverte depuis le XIX siècle. L'ancienne rivière crée un canyon qui traverse le centre-ville au sud du centre-ville ancien, en suivant principalement le tracé de l'actuelle rue Centrale, avec divers ponts sur la dépression pour relier les quartiers voisins. En raison des importantes fluctuations d'élévation, les visiteurs doivent garder une trace de l'altitude sur laquelle ils se trouvent et de l'endroit où ils souhaitent voyager, sinon ils se retrouveront à des dizaines de mètres au-dessous ou au-dessus de la rue dans laquelle ils tentent de naviguer. Le terme Flon est également utilisé pour la station de métro des gorges.
Vidy, Cour, Ouchy, Mornex, Chailly, La Sallaz, Vennes, Montblesson, Vers-chez-les-Blanc, Montheron et Chalet-à-Gobet (871 m) font tous partie de la commune, tout comme l'exclave de Vernand.
Lausanne est située au carrefour des vastes régions viticoles de Lavaux (à l'est) et de la Côte (à l'ouest) (à l'ouest).
Lausanne a une superficie de 41.38 à 41.33 kilomètres carrés (15.98 à 15.96 miles carrés) en 2009. (selon la méthode de calcul). 6.64 km2 (2.56 milles carrés) ou 16.0 % de ces terres sont utilisées pour l'agriculture, tandis que 16.18 km2 (6.25 milles carrés) ou 39.1 % sont boisés. La superficie restante est divisée comme suit : 18.45 km2 (7.12 milles carrés) ou 44.6 % sont habités (bâtiments ou routes), 0.05 km2 (12 acres) ou 0.1 % sont des rivières ou des lacs, et 0.01 km2 (2.5 acres) ou 0.0 pour cent est un terrain improductif.
Les bâtiments industriels représentaient 1.6 % de la zone bâtie totale, tandis que les logements et les structures représentaient 21.6 % et les infrastructures de transport 12.5 %. Les infrastructures électriques et hydrauliques, ainsi que d'autres zones spécialement développées, représentaient 1.4% du territoire, les parcs, les ceintures vertes et les terrains de sport représentant les 7.5% restants. Les bois lourds couvrent toute la région des terres boisées. Les cultures représentent 11.1 pour cent des terres agricoles, tandis que les pâturages représentent 4.2 pour cent. L'approvisionnement en eau de la municipalité est entièrement constitué de lacs.
La commune était une composante de l'ancien District de Lausanne jusqu'à sa dissolution le 31 août 2006, date à laquelle elle est devenue le siège du nouveau District de Lausanne.