Secara astronomis, Kota Madiun terletak antara 70-80 Lintang Selatan dan antara 1110−1120 Bujur Timur. Berdasarkan posisi geografisnya, Kota Madiun dikelilingi oleh wilayah Kota Madiun dengan batas-batas: Utara – Kecamatan Madiun, Selatan – Kecamatan Geger, Barat –Kecamatan Jiwan, Timur –Kecamatan Wungu.
Wilayah administrasi Kota Madiun terdiri atas tiga wilayah kecamatan, yaitu: Kecamatan Manguharjo (10,04 km2), Kecamatan Taman (12,46 km2), dan Kecamatan Kartoharjo (10,73 km2).
Berdasarkan ketinggian diatas permukaan laut (dpl) atau elevasi, Kecamatan Manguharjo berada pada 76 m dpl, Kecamatan Taman 77 m dpl, dan Kecamatan Kartoharjo 68 m dpl. Kantor Walikota Madiun terletak di Jalan Pahlawan 37 Kecamatan Kartoharjo.
Secara administratif wilayah Kota Madiun terdiri dari 3 (tiga) kecamatan, yaitu Kecamatan Manguharjo, Taman, dan Kartoharjo. Masing-masing kecamatan terdiri atas 9 kelurahan, sehingga secara keseluruhan di Kota Madiun terdapat 27 kelurahan.