Antofagasta es una ciudad angosta y larga localizada al sur de la península de Mejillones y al norte de Cerro Coloso, 1377 km. al norte de Santiago. La ciudad limita al este con la cordillera de la costa y en el oeste con el Océano Pacífico.
El área urbana de Antofagasta se presenta abruptamente rompiendo la monotonía del desierto y se encuentra ubicada en las planicies litorales, al sur de la Península de Mejillones y al norte de Cerro Coloso. El Trópico de Capricornio coincide en el sector norte de la ciudad, fuera del radio urbano, donde se ubica el Aeropuerto Internacional Cerro Moreno. Por esta razón el 21 de diciembre de 2000 se inauguró el Hito al Trópico de Capricornio.
La ciudad posee una geomorfología irregular por la presencia de colinas escarpadas (400-500 m) que son parte de Cordillera de la Costa en su borde del este, y por el Océano Pacífico al oeste. La formación del macizo rocoso hace que la pendiente del borde costero sea con escarpes muy abruptos (sector de Coloso, al sur de Antofagasta). El borde costero de la ciudad posee sedimentos volcánicos, en contraste con la constitución de los cerros de arena fina. Destaca en el mar una formación rocosa llamada La Portada de Antofagasta.
Antofagasta se ubica en el Desierto de Atacama, que es una de las zonas más secas de la tierra. De acuerdo a la revista geológica chilena, la cantidad de lluvia caída anualmente es inferior a 4 mm. y ha pasado un período de 40 años donde no ha caído lluvia.
Mejillones es un puerto ubicado 65 km. al norte, en la parte norte de la Península de Mejillones. Cerca de 90 km. al norte de Antofagasta se encuentra Hornitos, una playa que atrae a gran número de turistas. Tocopilla es una ciudad ubicada a 188 km. al norte de Antofagasta. Calama, la segunda ciudad más grande de la región luego de Antofagasta, se encuentra a 213 km. al noreste de la capital regional. La Negra es un complejo industrial ubicado aproximadamente a 10km al sureste de Antofagasta, en la ruta 5.
Existen regularmente vuelos desde Santiago. El Aeropuerto Cerro Moreno se ubica 25 km. al norte de la ciudad de Antofagasta. Autobuses, minibuses y taxis comunican el aeropuerto con la ciudad, la duración del trayecto es aproximadamente 30 minutos.
Buses llegan directamente desde Arica, Iquique, Calama, Copiapó, La Serena y Santiago. El terminal de buses Cardenal Carlos Oviedo Cavada se encuentra en el sector centro-norte de la ciudad, en av. Pedro Aguirre Cerda esquina Paihuano.