هران قدیم از چهار محله تشکیل شده بود به نام‌های سنگلج، اودلاجان (عودلاجان)، بازار و چاله‌میدان. در زمان ناصرالدین‌شاه قاجار چندین محله تازه در تهران ساخته شد به نام‌های ارگ، چاله حصار، خانی‌آباد، قنات‌آباد، پاچنار، پامنار، گار ماشین، گود زنبورک‌خانه، صابون‌پزخانه، گود عرب‌ها و دروازه قزوین.
خیابان ولیعصر بلندترین خیابان ایران و همچنین بلندترین خیابان در خاور میانه است[۶۴] که در سال‌های نخست پادشاهی رضاشاه ساخته شده‌است. درازای آن ۱۸٫۶ کیلومتر، که از میدان راه‌آهن تهران آغاز و به میدان تجریش در منطقهٔ شمیرانات پایان می‌یابد. این خیابان یازده هزار چنار در دو سوی خود دارد.
این شهر در حدود ۷۳۰ کیلومتر مربع مساحت دارد.[۲] شهرداری تهران برای تأمین نیازمندی‌ها و اداره بهتر سطح شهر را به ۲۲ منطقه شهرداری و ۱۲۳ ناحیه بخش کرده که شهر ری و تجریش را نیز شامل شده‌است.
از سوی دیگر وزارت کشور هم برای انجام انتخابات‌های مختلف و کارهای مدیریتی دیگر، تفسیر خاص خود را از شهرستان تهران دارد که بر ۲۲ منطقه شهرداری منطبق نیست و شمیران و ری را نیز شهرستان‌هایی جداگانه در نظر گرفته‌است. این شهر به واسطهٔ داشتن شبکه مخابراتی گسترده نیز دارای نواحی هفت‌گانه مخابراتی می‌باشد.[نیازمند منبع]
در تقسیم‌بندی وزارت کشور شهرستان تهران در مرکز استان تهران قرار دارد. از شمال به شهرستان‌های کرج و شمیرانات، از شرق به شهرستان دماوند، از جنوب به شهرستان‌های پاکدشت ،قرچک و ورامین و ری و اسلامشهر و از غرب به شهرستان‌های قدس، شهریار و استان البرز محدود می‌شود. مرکز آن بخش مرکزی است
تهران به‌عنوان پایتخت ایران در زمان شکل گیری مساحتی حدود ۳ کیلومتر مربع داشت. با تغییرات سیاسی و افزایش جمعیت در زمان دودمان پهلوی و پس از انقلاب ۱۳۵۷ شهر دستخوش دگرگونی منطقه‌ای و افزایش مساحت شد و شمار زیادی محله و شهرک در محدوده کلانشهر تهران ساخته شد به طوری که در سال ۱۳۴۷، نخستین طرح جامع شهر تهران ابلاغ شد که در آن مساحت شهر با افزایشی خیره‌کننده به ۱۸۱کیلومتر مربع رسید. برخی از این محله‌ها همان روستاهای پیشین بود که گسترش داده شده بود. این مساحت به ۱۲ناحیه تقسیم شده بود. پس از پیروزی انقلاب اسلامی، تعداد مناطق تهران به ۲۰ منطقه افزایش یافت. بعد از این در ابتدای دهه ۷۰ و پس بررسی‌های مجدد غرب شهر تهران، چهار منطقه جدید ۹، ۵، ۲۰ و ۲۱ ایجاد شد و تعداد مناطق تهران بر اثر تغییراتی به ۲۲ منطقه افزایش یافت
تهران به‌دلیل جایگاه آن به عنوان پایتخت زودتر از شهرهای دیگر با نمودهای مدرنیسم، و از آن میان معماری مدرن، آشنا شد. دگردیسی معماری تهران از سنتی به مدرن از دوران ناصرالدین شاه آغاز شد و به‌ویژه این روند در دوران پهلوی که زندگی مدرن از حصار دربار و ارگ سلطنتی خارج شد، چهرهٔ شهر را دگرگون نمود.[۵۲]
در دوران رضا شاه نیاز به راه‌اندازی نهادهای مدرن مانند بانک‌ها، ساختمان‌های دولتی و مانند آنها به گونهٔ روزافزونی احساس می‌شد؛ اما طراحی و اجرای ساختمان این‌گونه نهادها با روش‌های سنتی عملاً ممکن نبود زیرا این‌گونه نهادها نیازمند معماری و فضاهای خاص خود بودند. معمارانی که در این دوره از پیشروان آوردن معماری اروپایی به تهران بودند، یا خود شهروندان اروپایی بودند یا دانش‌آموختگان دانشگاه‌های اروپا. از میان این معماران می‌توان از نیکلای مارکف معمار گرجستانی تبار دانش‌آموختهٔ دانشکدهٔ هنرهای زیبای سن پترزبورگ، ماکسیم سیرو، آندره گدار معمار فرانسوی، محسن فروغی معمار ایرانی، گابریل گورکیان معمار ایرانی-ارمنی که در اروپا هم معمار شناخته‌شده‌ای بود و معماران ایرانی-ارمنی دیگر چون وارطان هوانسیان، پل آبکار، اوژن آفتاندلیانس و قلیچ باقلیان نام برد.[۵۲][۵۳] در این دوره معماری‌ای در تهران بروز کرد که در کالبد مدرن بود اما در تزئینات و نماسازی‌هایش از معماری سنتی یا باستانی ایران الهام گرفته بود. از شاخص‌ترین نمونه‌های این معماری می‌شود به ساختمان کاخ شهربانی در محوطهٔ میدان مشق یا باغ ملی اشاره کرد. معماران در آن دوره می‌کوشیدند «شکوه از دست رفته» ایران را الگو گرفتن از معماری باستان در بازسازی کنند
نمای شهر در نقاط گوناگون بر پایهٔ عوامل جغرافیایی، اقتصادی، فرهنگی و تاریخی متفاوت است. در شمال شهر که به کوه‌ها نزدیک‌تر است معمولاً خیابان‌ها و کوچه‌ها شیبدارتر و در جنوب شهر هموارتر هستند. همچنین در جنوب شهر ساختمان‌های بلندمرتبه کمتر و در شمال شهر بیشترند. ساختمان‌های اداری و دولتی نیز عمدتاً در مرکز شهر قرار دارند. از طرف دیگر در مناطقی که تاریخ ساخت آنها جدیدتر است مانند منطقه ۲، منطقه ۵ و منطقه ۲۲ که همگی در غرب و شمال غرب شهر جای دارند، با توجه به پیروی از آیین‌نامه‌های جدیدتر، اصول شهرسازی در آنها بیشتر رعایت شده‌است. در این منطقه‌ها معمولاً عرض خیابان‌ها و کوچه‌ها، سرانه پارکینگ و سرانه فضای سبز از دیگر مناطق شهر بیشتر است. وارون بر آن در مناطق کهن‌تر که ساخت آنها زودتر انجام گرفته‌است مانند منطقه ۱۲ (تهران قدیم) و منطقه ۲۰ (ری) معمولاً بناهای تاریخی و سنتی بیشتری وجود دارد.
در تحقیقی تحت عنوان «ارزیابی ترجیحات بصری زنان از فضاهای شهری در تهران»، مکان‌های فاقد جذابیت بصری بیشتری در شهر مشخص شده و بطور کلی محیط و فضاهای تهران از جهت بصری «نامناسب» دانسته شده‌است.
آب و هوا ی شهر تهران تأثیر گرفته از کوهستان در شمال (نسیم توچال) و دشت در جنوب است. جز منطقه‌های شمالی تهران که تحت تأثیر کوهستان، تا اندازه‌ای معتدل و مرطوب هستند، آب و هوای دیگر منطقه‌های شهر کمابیش گرم و خشک و در زمستان‌ها اندکی سرد است. مهم‌ترین منبع بارش در این شهر بادهای مرطوب مدیترانه‌ای و اطلسی هستند که از سوی غرب می‌وزند. رشته کوه البرز همچون سدی از نفوذ بسیاری از توده‌های هوا جلوگیری می‌کند، از همین روی سبب گردیده که هوای تهران از یک سو خشک‌تر و از سوی دیگر از آرامش نسبی برخوردار باشد.[۴۸]
یکی از شدیدترین بارندگی‌های تهران در ۱ اردیبهشت ۱۳۴۱ روی داد. این بارش ۱۰ ساعت طول کشید. اداره هواشناسی اعلام کرد میزان باران یک روز تهران معادل شش سال بوده‌است
تهران در هزار سال اخیر شاهد چهار زمین‌لرزه بزرگ بوده‌است. تهران آخرین زلزله شدید خود را در سال ۱۸۳۰ میلادی، شاهد بوده‌است.[۴۲]
تهران از لحاظ موقعیت زمین‌شناختی بر روی گُسل‌های فعالی قرار گرفته که باعث رانش زمین و زمین‌لرزه می‌شوند.[۴۳] از میان بسیاری از گسل‌های فعال تهران، احتمال فعال شدن سه گُسل به نام‌های، «گسل مشا، گسل شمال تهران و گسل جنوب ری» بیش از بقیه وجود دارد.[۴۴]
بسیاری از ساختمان‌ها و آپارتمان‌های تهران کیفیت ساخت‌وساز پائینی دارند و از این روی به گفته بسیاری از کارشناسان، در صورت وقوع زلزله در تهران، بسیار پرتلفات خواهد بود.[۴۵][۴۶]
طی تحقیق مؤسسه علمی آلفرد وگنر آلمان تهران وارد لیست ده نفری خطرناک‌ترین شهرهای دنیا برای وقوع بلایای طبیعی شد. عامل اصلی ورود این شهر به لیست قرار گرفتن روی گسل زلزله در عین وجود سازه‌های غیراستاندارد فراوان در سطح شهر و همین‌طور تراکم جمعیت بالا می‌باشد.
شهر تهران در ۵۱ درجه و ۲ دقیقه تا ۵۱ درجه و ۳۶ دقیقهٔ طول شرقی و ۳۵ درجه و ۳۴ دقیقه تا ۳۵ درجه و ۵۰ دقیقهٔ عرض شمالی قرار گرفته‌است و ارتفاع آن از ۲۰۰۰ متر در مرتفع‌ترین نقاط شمال[۳۷] تا ۱۲۰۰ متر در مرکز و ۱۰۵۰ متر در جنوب متغیّر است. تهران در بین دو وادی کوه و کویر و در دامنه‌های جنوبی رشته کوه البرز گسترده شده‌است. از جنوب به کوه‌های ری و بی‌بی‌شهربانو و دشت‌های هموار شهریار و ورامین و از شمال توسط کوهستان محصور شده‌است.[۱۷] ارتفاع چند نقطه شهر تهران از سطح دریا: شهر تهران از نظر زمین‌لرزه جزء مناطق پرزیان (۸ تا ۱۰ درجه مرکالی) به شمار می‌آید.[۳۸] گسلهایی که در تهران و حومه تا شعاع ۱۵۰ کیلومتری مرکز شهر قرار دارند، عبارتند از گسل مشاء، گسل شمال تهران، گسل ری، گسل طالقان، گسل ایوانکی و گسل ایپک که بررسی رفتار آنها حایز اهمیت است.[۳۹]
شهر تهران، به طور پیوسته در معرض خطر سیل قرار دارد. از دلایل اصلی این موضوع، می‌توان اختلاف ارتفاع زیاد، شرایط اقلیمی خاص، وجود رودخانه‌های فراوان مانند رود کرج، رود دربند، رود چیتگر و مسیل‌های متعدد و قرارگرفتن شهر تهران در پای کوه را نام برد.[۴۰] همچنین در شهر تهران، ۱۲ حوزه آبریز بالادست مسلط بر آب و ۱۴ کیلومتر نوار مولد سیل از دارآباد تا غرب دره فرحزاد وجود دارد.
در بارهٔ ریشه‌شناسی نام تهران اختلاف نظر زیادی وجود دارد که تعدادی از آن نظرات در اینجا آمده‌است:
پاره‌ای از پژوهشگران «ران» را پسوندی به معنای دامنه گرفته‌اند و شمیران و تهران را بالادست و پایین‌دست خوانده‌اند.
برخی دیگر تهران را تغییر شکل یافتهٔ «تهرام» به معنای منطقهٔ گرمسیر دانسته‌اند، در مقابل شمیرام یا شمیران که منطقه سردسیر است.
و همچنین عدّه‌ای بر این باورند که سراسر دشت پهناوری که امروز تهران بزرگ خوانده می‌شود در میان کوه‌های اطراف، گود به نظر می‌رسید و بدین سبب «ته ران» نام گرفت.[۳۳]
البته با توجه به توسعهٔ تهران در سال‌های متمادی پس از شهر «ری» مشهور، و اینکه تهران محلی بوده‌است نزدیک به ری و در «ته» یا آخر آن، ممکن است واژهٔ تهران تغییر یافتهٔ عبارت «ته ری ان» باشد. (یعنی محلی که در ته ری قرار دارد) و الف و نون مرسوم در نام بسیاری از شهرهای ایران کم‌کم به این نام هم چسبیده و به مرور اصلاح شده و به صورت «تهران» درآمده است.
روستایی که پیش‌درآمد شهر تهران بوده‌است، پیش از اسلام نیز وجود داشته، امّا پس از اسلام کم‌کم نام آن معرّب گردیده و از تهران به طهران تبدیل شده‌است. امّا جغرافیدانان معروف آن روزگار نیز به املای تهران اشاره نموده‌اند. همزمان با جنبش مشروطه، که تغییرات زیادی در ادبیّات و نگارش زبان فارسی به وجود آمد، رفته‌رفته املای تهران رواج یافت و پس از تأسیس فرهنگستان زبان و ادب فارسی و تأکید آن بر املای تهران، املای دیگر (طهران) کاملاً منسوخ شد.[۱۷]
اعتماد السلطنه در مرآت البلدان دربارهٔ وجه تسمیه تهران چنین آورده‌است: " چون اهل آنجا (تهران) در وقتی که دشمن برای آنها به هم می‌رسید در زیر زمین پنهان می‌شدند، از این جهت به این اسم موسوم شده‌است که به " ته ران" یعنی زیر زمین می‌رفته‌اند".[۳۰]
نام برخی کوی‌ها و محلات تهران منسوب به خانوارهای رؤسای ایل‌هایی است که در زمان آقامحمدخان و فتحعلی شاه در پایتخت جدید اسکان داده شدند؛ مانند کوچه شیرازیها و کوچه افشارها در قلب محله چال میدان، کوچه دیگری منسوب به افشارها در شمال محله سنگلج؛ دیگر محله عرب‌ها در گوشه شمال غربی محله عودلاجان؛ و نیز کوچه و حمام قراقانیها در محله چال میدان؛ کوچه شام بیاتی‌ها در شمال عودلاجان؛ کوچه خدابنده‌لو در غرب عودلاجان؛ محله باجمانلوها در شمال غرب محله سنگلج؛ تکیه و محله قمی‌ها در محله سنگلج که همگی در محله‌های خوب و به اصطلاح سرآب اسکان یافته‌اند
سابقه زندگی در تهران به ۵٫۰۰۰ سال پیش از میلاد بازمی‌گردد. در دی ماه ۱۳۹۳ اسکلت یک انسان در منطقه مولوی تهران متعلق به حدود ۷٫۰۰۰ سال پیش کشف گردید. پیش از این گمان می‌رفت سابقه زندگی در منطقه تهران امروزی به کشفیات قیطریه که متعلق به ۳٫۰۰۰ سال پیش بود، برمی‌گردد.[۲۷][۲۸][۲۹]
تهران برای نخستین بار توسّط ایل قاجار پایتخت ایران شد. تصویر کتیبهٔ فتحعلی شاه، روی تپّهٔ سنگی چشمه علی واقع در شمال شهر ری منطقه ۲۰ تهران
یاقوت حَمَوی مورخ یونانی الاصل عرب زبان در مُعجَم‌البُلدان تعریفی از طهران کرده و وضع این آبادی را در قرن ششم و هفتم قمری نشان داده‌است که به شرح زیر است: طِهران به کسر طاء و سکون‌ها و را و نون در آخر، لفظی است عجمی و ایشان «تهران» تلفظ می‌کنند، چون در زبان ایشان طاء وجود ندارد. این آبادی از دیه‌های ری است و میان آن دو قرب سنگ فاصله است. مردی راستگو از مردم ری مرا خبر داد که این آبادی دیهی بزرگ است که بناهای آن در زیر زمین بنیان یافته‌است و هیچ‌کس جز به اراده مردم بدانجا راه نمی‌یابد و در بیشتر اوقات ایشان نسبت به سلطان وقت راه خلاف و سرپیچی می‌پیمایند و وی را جز مدارا با ایشان چاره‌ای نیست. آنجا را دوازده محله است که هرکدام را با دیگری نزاع است و مردم محله‌ای به محله دیگر درنمی آیند. آن را باغ و بوستان فراوان است که همچون شبکه‌ای بناها را در میان دارد و خود حائلی در برابر تهاجم به حساب می‌آید. وی گفت مردم آنجا با وجود محفوظ بودن با گاو کشت نمی‌کنند و این کار را با بیل انجام می‌دهند از آن روی که ایشان را دشمن فراوان است و می‌ترسند که گاوشان به غارت برود