La situation géographique de Wiesbaden est caractérisée par le Taunus (partie sud du Massif schisteux rhénan) et le bassin de Mayence (partie nord du fossé du Rhin supérieur). La zone urbaine se situe approximativement aux coordonnées 50° 05' de latitude nord et 08° 15' de longitude est. Les quartiers sud de la ville jouxtent la rive droite du Rhin ou du Main. Le centre-ville se situe dans une cuvette dont le relief est nettement accentué par certains contreforts du Taunus qui s'avancent loin dans la zone urbaine. Le point culminant du Taunus de Wiesbaden est la Hohe Wurzel (614 m au-dessus du niveau de la mer), la place du château au centre-ville mesure 115 m au-dessus du niveau de la mer et le point le plus bas est le port de Schierstein avec 83 m au-dessus du niveau de la mer.

La ville couvre une superficie d'environ 204 ^km2 et compte environ 284 600 habitants (au 31.12.2015). Elle s'étend sur environ 20 km d'ouest en est et 18 km du nord au sud. De vastes zones forestières au nord, des vignobles à l'ouest et sur le Main ainsi que des surfaces agricoles à l'est délimitent les quartiers périphériques.

Grâce à sa situation protégée, Wiesbaden bénéficie d'un climat favorable. La température moyenne annuelle est actuellement d'environ 9,8 °C et les précipitations annuelles de 638 l/m2. Cinq vallées amènent l'eau du Taunus dans la région du Vieux Wiesbaden. Ce sont, d'ouest en est : le Wellritzbach (Klarenthal ou Klarenthaler Straße), le Kesselbach (Adamstal), le Schwarzbach (Nerotal), le Dambach (Dambachtal) et le Rambach. 26 sources chaudes apparaissent toutes dans l'étroite zone du Kochbrunnen. Là où la Wilhelmstraße rejoint la Friedrichstraße, les ruisseaux mentionnés se rejoignent pour former le Salzbach souterrain (appelé Rambach jusqu'au Kurpark), qui recueille également l'écoulement des sources thermales et minérales et se déverse dans le Rhin vers le sud entre Biebrich et Amöneburg.

Les zones industrielles les plus importantes de Wiesbaden se trouvent dans les quartiers sud de Biebrich, Schierstein, Amöneburg ainsi qu'à Kastel et Kostheim. De grandes zones industrielles se sont développées dans la zone de l'Äppelallee entre Schierstein et Biebrich ainsi que dans les quartiers est d'Erbenheim, Nordenstadt et Delkenheim.

Le réseau S-Bahn "Rhein-Main" relie la ville en direction de Francfort-sur-le-Main, d'autres liaisons ferroviaires mènent sur la rive droite du Rhin jusqu'à Coblence ou, avec le Ländchesbahn, à Niedernhausen en passant par la banlieue est, avec une correspondance vers Limburg. La ville est actionnaire du RMV (Rhein-Main-Verkehrsverbund), fondé en 1995. La gare centrale de Wiesbaden est reliée au réseau ICE et est donc une gare grandes lignes.

La zone sud de la ville est traversée par l'A 66 en direction de Francfort, avec une bifurcation vers l'A 543 vers Mayence et vers l'A 671 vers Rüsselsheim, d'où elle se poursuit vers Darmstadt. Avec l'A 3, Wiesbaden dispose d'une liaison rapide vers Cologne et d'une autre connexion vers Francfort. Les routes fédérales B 54, B 262, B 263, B 417 et B 455 traversent également la zone urbaine. Comme les quartiers sud de la ville sont situés sur le Rhin et le Main, Wiesbaden participe également au transport de personnes et de marchandises sur le Rhin dans le sens nord-sud ainsi que vers l'est dans la région du Main. En face de la ville de Mayence, au sud de l'embouchure du Main dans le Rhin, se trouve le triangle de Mainspitz. C'est ici que se rencontrent les autoroutes A 671 et A 60.