吉首市位於湖南省西部、湘西土家族苗族自治州南部;319國道、209國道、229省道與枝柳鐵路交匯處。市境東南部與瀘溪縣、西北部與花垣縣、西南部與鳳凰縣、北部與保靖縣、古丈縣毗鄰。
吉首市境地質構造處於全國東部新華夏系構造第三個一級隆起帶的南西段,西部為武陵山二級隆起帶的南段,東南部為沅麻盆地二級沉降帶的西緣,呈北北東——北東向展布,由一系列皺褶和斷層組成。
吉首市屬中亞熱帶季風溼潤性氣候,兼具大陸性氣候,四季分明,冬暖夏涼,春秋溫和,冬長秋短,夏季40℃以上的氣溫極少出現。年平均溫度17.3℃。7月最熱,月平均氣溫29.2℃;1月最冷,月平均氣溫5.2℃。