Осака розташована в західній частині префектури Осака, у центрі острова Хоншю. Місто має вихід до Внутрішнього Японського моря. Рельєф Осаки рівнинний. Найвища точка — гора Нова Цурумі в районі Цурумі, висотою м. Найничжа точка — місцевість Яматода в районі Ніші-Йодоґава, розташована - над рівнем моря. Площа міста становить км².
Осака розкинулася на двох плато та алювіальній рівнині. Плато лежать східніше центру міста. Найбільше з них — Уемачі, плато раннього плейстоцену, довжиною 12 км. Воно простягається з півночі на південь, від району Осацького замку до святилища Сумійоші. Друге менше плато Абіко сформувалося у пізньому плейстоцені. Воно має довжину 8 км і тягнеться зі сходу на південь, від кургану Кацуяма до річки Ямато.
Осацька алювіальна рівнина утворилася внаслідок нагромадження осадів в дельті річок Йодо та Ямато, що впадають до Осацької затоки Внутрішнього Японського моря. Ця рівнина займає більшу частину міста. Річка Йодо є головною водною артерією Осаки і тече в північній частині. У гирлі вона розділяється на декілька рукавів, що утворюють дельту, — річки Кандзакі, Темма, Нея, Доджіма, Тоса-Хорікава, Аджі, Шірінаші, Кідзу. У ранньому новому часі містяни сполучили ці рукави численними каналами, так що Осаку називали «Водяною столицею». Річки сприяли розвитку міської торгівлі і транспорту, але неодноразово ставали причиною повеней. Вони припинилися після спорудження 1909 року дренажного каналу — річки Нова Йодо. Друга найбільша річка міста — Ямато тече на півдні Осаки й виконує роль її південного кордону. Історично річка Ямато зливалася разом із Йодо на півночі міста, проте 1704 року її русло змінили на сучасне для профілактики повеней. Ґрунт дельти річок Йодо і Ямато складається з слабкого піску і м'якої глини. До нового часу в місті були часті обвали ґрунту через риття колодязів та добуття підземних вод.
