Die Stadt befindet sich in Nordhessen nahe der Grenze zu Niedersachsen im so genannten Kasseler Becken, das im geomorphologischen Sinn kein Becken ist, sondern ein weit ausgedehnter Talkessel, in dem sich insbesondere im Bereich der Karls- und Fuldaaue eine weitläufige Flussniederung der Fulda befindet. Das Kasseler Becken ist Teil der Westhessischen Senke, die ihrerseits ein Teil der Mittelmeer-Mjösen-Zone ist. In diesem Talkessel wird die Stadt von den etwas entfernten Langenbergen im Südwesten und dem Hohen Habichtswald im Westen (jeweils ein Bestandteil des Habichtswälder Berglandes) sowie von den südlichen Ausläufern des Reinhardswaldes (Teil des Weserberglandes) im Nordosten, dem Kaufunger Wald im Osten und der Söhre im Südosten und Süden (beides teile des Fulda-Werra-Berglandes) eingerahmt. Diese fünf Mittelgebirge sind durch zwei nördlich und südlich der Stadt gelegene und in West-Ost-Richtung verlaufende Höhenrücken miteinander verbunden, so dass der Kasseler Talkessel – abgesehen vom Flusstal der Fulda, das diesen von Süd nach Nord durchschneidet – rundum durch Bergzüge umrundet ist. Da das Habichtswälder Bergland und die Westhessische Senke zum Westhessischen Bergland, das Weserbergland zum Niedersächsischen Bergland und das Fulda-Werra-Bergland zum Osthessischen Bergland gehört, befindet sich die Stadt an der unmittelbaren Nahtstelle dreier naturräumlicher Haupteinheitengruppen. Klimatisch ist es in Kassel - häufig anders als auf Wetterkarten verzeichnet - gegenüber der Mittelgebirgsregion deutlich milder und wärmer. Wegen der Talkessellage und den höher gelegenen Waldgebieten ist die Stadt vor Unwetterlagen geschützter und man findet aufgrund der sich stauenden Luftmassen insbesondere im Sommer in den tiefer gelegenen Stadtgebieten z. T. 3-5 Grad höhere Temperaturen als im Umland. An das Stadtgebiet grenzen die Mittelstadt Baunatal, die Kleinstadt Vellmar sowie die Gemeinden Niestetal, Fuldatal, Fuldabrück, Kaufungen und Lohfelden an. Kassel ist über drei Autobahnen – die A 7, A 44 und A 49, fünf Bundesstraßen, durch einige Eisenbahn-Hauptverbindungen (darunter ICE-Strecken) und den wenige Kilometer entfernten, in der Gemeinde Calden gelegenen Flughafen Kassel-Calden nicht nur an die deutsche Infrastruktur angebunden (dazu Abschnitt „Verkehr“). Die nächsten Großstädte sind – per Luftlinie/Straße gemessen – Hannover (ca. 120/164 km nördlich) und Göttingen (ca. 40/55 km nordöstlich) in Niedersachsen, Erfurt (ca. 115/185 km östlich) in Thüringen, Frankfurt am Main (ca. 150/193 km südlich) in Hessen sowie Siegen (ca. 115/165 km südwestlich), Hamm (ca. 122/153 km westlich), Dortmund (ca. 145/165 km westlich) und Paderborn (ca. 70/84 km nordwestlich von Kassel) in Nordrhein-Westfalen.

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