巴塞罗那位于经度：41°23′N2°11′E，伊比利亚半岛东北部，面临地中海。城市主体建于科尔赛罗拉山的一块高地上，高地面积约160平方公里，城市占据了其中的101平方公里。洛布里加特河流经城市西南，巴索斯河流经城市北边。距离法西边境的比利牛斯山脉约160公里。
科尔塞罗拉山是沿海山脉的一部分，紧邻城市东北部，其最高点第比达博峰海拔512米，可以鸟瞰全城。而在城市的绝大部分地区可以看见山顶高288.4米的无线通讯基站科尔赛罗拉塔。
巴塞罗那整体处于丘陵地带，城市的许多街区以附近的小丘命名，如卡梅尔（海拔267米）、普特赛特（海拔181米）、洛维拉（海拔281米）等。着名的蒙特惠奇山悬崖位于城市西南，高173米，从山顶可以俯瞰整个巴塞罗那港，因其优越的地理位置巴塞罗那人于17-18世纪修建了可以控制整个城市命脉的蒙特惠奇城堡并取代了修塔德拉城堡。如今蒙特惠奇城堡已经成为一座博物馆，而蒙特惠奇区是众多体育和文化组织的聚集地。
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