Limitée au sud par le lac, la commune de Neuchâtel est entourée, d'ouest en est, par celles de Milvignes, Rochefort, Val-de-Ruz, Enges, Hauterive, Saint-Blaise et Cressier. Depuis la fusion avec ses voisines Corcelles-Cormondrèche, Peseux et Valangin, sa superficie totale est de 3000 hectares, dont près de la moitié sont des surfaces boisées. La commune est traversée par le Seyon, qui prend sa source dans le Val-de-Ruz et qui, depuis 1843, se jette dans le lac de Neuchâtel à l'entrée ouest de la ville, à hauteur des Bains des Dames. L'altitude de la ville est de 430 mètres au bord du lac, et de 1174 mètres à Chaumont.

La commune agrandie de Neuchâtel compte environ 44'500 habitantes et habitants. La population s'accroît régulièrement depuis une quinzaine d'années, à de rares exceptions près. La proportion d’étrangers établis dans la commune est d’environ un tiers (33,3%).