Melbourne położone jest do wnętrza południowo-wschodniej części kontynentu australijskiego oraz jest w największym stopniu na środek dnia wysuniętą stolicą kontynentu. Miasto położone jest ponad zatoką Port Phillip przy ujścia rzeki Yarra, której aborygeńska imię oznacza płynącą wodę. We wschodniej części miasta położone są Góry Dandenong.