Die Kernstadt von Heilbronn liegt in der vom Neckar geschaffenen, fruchtbaren Talfläche des Heilbronner Beckens, einem nördlichen Ausläufer des Neckarbeckens. Im Westen schließt sich das vergleichsweise wenig hügelige Gartacher Feld an. Im Osten umschließen von Norden nach Süden als Ausläufer der Löwensteiner Berge die Heilbronner Berge[3] die Stadt, an deren Hängen sich ausgedehnte Weinberglandschaften befinden; dazu gehören unter anderem die Erhebungen Büchelberg, Galgenberg, Gaffenberg, Hintersberg, Reisberg, Schweinsberg und Wartberg. Nördlich davon liegt die Sulmer Bergebene.
| Koordinaten: | 49° 9′ N, 9° 13′ O |
Die Stadt liegt am Neckar, etwa 50 Kilometer nördlich der Landeshauptstadt Stuttgart
im Norden Baden-Württembergs