Se trata de una Comunidad Autónoma uniprovincial, que abarca desde las estribaciones occidentales de la Cordillera Central hasta el valle del Tajo, ocupando una superficie de 8.028 km2.

Ocupa el centro geográfico de la península y está muy condicionada por la capitalidad de la ciudad de Madrid.

Con la división provincial de 1833 se establecieron los límites provinciales, incorporándose municipios que dependían de Guadalajara (Buitrago), de Segovia (valle de Lozoya) y otros de Toledo y Ávila. Estos límites se conservan en los actuales autonómicos.

Podemos encontrar paisajes con modelado granítico en el Sistema Central, como La Pedriza del Manzanares, paisajes con modelado glaciar en la sierra de Guadarrama, en torno a la laguna de Peñalara, zona que estuvo afectada por las glaciaciones del Riss y el Würm. En las áreas del sur de la provincia se encuentran también paisajes arcillosos y margosos, con abundantes cárcavas.

Las unidades de relieve más importantes son la Sierra de Gredos y la de Guadarrama, dentro del Sistema Central, formado por horst y graben, sobre materiales duros y silíceos, como granitos, gneis, pizarras, cuarcitas, etc., y la depresión del río Tajo, sobre materiales blandos y arcillosos.

La zona entre las sierras y la depresión es una zona de transición o piedemonte, formada por materiales detríticos arenosos, procedentes de la sierra.

Predomina el clima mediterráneo continentalizado, con las excepciones de la alta montaña. Los veranos son muy calurosos y los inviernos muy fríos, con heladas frecuentes y cielos sin nubes. Ambas estaciones son muy largas, de forma que el otoño y la primavera casi no se notan. El máximo pluviométrico se da en noviembre y en abril y el mínimo en julio y agosto. Las nevadas son frecuentes en la sierra.

El tráfico, las calefacciones y la vida urbana de la aglomeración madrileña, han creado un microclima urbano que ha provocado una isla de calor, que puede tener 4ºC más que las áreas colindantes. .

Únicamente en la sierra se conserva una vegetación significativa. Podemos encontrar allí bosques de pinos, robles, castaños, avellanos, rebozos, acebos y uno de los hayedos más meridionales de España, que se localiza en el término municipal de Montejo de la Sierra, y es un espacio natural protegido. Los enebros y los pastos se encuentran aproximadamente por encima de los 1.900 metros.

Los ríos Jarama, Guadarrama y Alberche, tributarios del Tajo, y el Arroyo del Puerto, tributario del Duero, forman la red fluvial principal de la Comunidad Autónoma. El río Jarama es el más importante de la misma, con afluentes como el Lozoya, el Guadalix, el Henares, el Manzanares y el río Tajuña. Constituye la más importante reserva hidráulica de la región, por los numerosos embalses que existen sobre él.