Secara geografis Kota Madiun terletak pada 111° BT - 112° BT dan 7° LS - 8° LS dan berbatasan langsung dengan Kabupaten Madiun di sebelah utara, sebelah selatan dengan Kecamatan Geger, sebelah timur dengan Kecamatan Wungu, dan sebelah barat dengan Kabupaten Magetan. Kota Madiun hampir berbatasan sepenuhnya dengan Kabupaten Madiun, serta dengan Kabupaten Magetan di sebelah Barat.Kali Bengawan Madiun mengalir di kota ini, merupakan salah satu anak sungai terbesar Bengawan Solo.

Wilayah Kota Madiun mempunyai luas 33,23 Km² terbagi menjadi 3 (tiga) kecamatan yaitu Kecamatan Manguharjo, Kecamatan Taman, dan Kecamatan Kartoharjo. Dengan luas masing-masing Kecamatan Manguharjo 12,54 Km², Kecamatan Taman 13,46 Km²,dan Kecamatan Kartoharjo 11,73 Km². Masing-masing kecamatan tersebut terdiri atas 9 kelurahan sehingga semuanya terdapat 27 kelurahan di Kota Madiun.Kota Madiun terletak pada daratan dengan ketinggian 63 meter hingga 67 meter dari permukaan air laut. Daratan dengan ketinggian 63 meter dari permukaan air laut terletak di tengah, sedangkan daratan dengan ketinggian 67 meter dari permukaan air laut terletak di sebelah di selatan. Rentang temperatur udara antara 20 °C hingga 35 °C. 

 Rata-rata curah hujan Kota Madiun turun dari 210 mm pada tahun 2006 menjadi 162 mm pada tahun 2007. Rata-rata curah hujan tinggi terjadi pada bulan-bulan di awal tahun dan akhir tahun, sedangkan rata-rata curah hujan rendah terjadi pada pertengahan tahun.

Madiun merupakan suatu wilayah yang dirintis oleh Ki Panembahan Ronggo Jumeno atau biasa disebut Ki Ageng Ronggo. Asal kata Madiun dapat diartikan dari kata "medi" (hantu) dan "ayun-ayun" (berayunan), maksudnya adalah bahwa ketika Ronggo Jumeno melakukan "Babat tanah Madiun" terjadi banyak hantu yang berkeliaran. Penjelasan kedua karena nama keris yang dimiliki oleh Ronggo Jumeno bernama keris Tundhung Medhiun. Pada mulanya bukan dinamakan Madiun, tetapi Wonoasri.

Sejak awal Madiun merupakan sebuah wilayah di bawah kekuasaan Kesultanan Mataram. Dalam perjalanan sejarah Mataram, Madiun memang sangat strategis mengingat wilayahnya terletak di tengah-tengah perbatasan dengan Kerajaan Kadiri (Daha). Oleh karena itu pada masa pemerintahan Mataram banyak pemberontak-pemberontak kerajaan Mataram yang membangun basis kekuatan di Madiun. Seperti munculnya tokoh Retno Dumilah.

Beberapa peninggalan Kadipaten Madiun salah satunya dapat dilihat di Kelurahan Kuncen, dimana terdapat makam Ki Ageng Panembahan Ronggo Jumeno, Patih Wonosari selain makam para Bupati Madiun, Masjid Tertua di Madiun yaitu Masjid Nur Hidayatullah, artefak-artefak disekeliling masjid, serta sendang (tempat pemandian) keramat.

Sejak masa Hindia-Belanda, Madiun adalah suatu gemeente yang berpemerintahan sendiri (swapraja) karena komunitas Belanda yang bekerja di berbagai perkebunan dan industri tidak ingin diperintah oleh Bupati (yang adalah orang Jawa). Sebagai suatu kota swapraja, Madiun didirikan 20 Juni 1918, dengan dipimpin pertama kali oleh asisten residen Madiun. Baru sejak 1927 dipimpin oleh seorang wali kota. Berikut adalah wali kota Madiun sejak 1927

Madiun terkenal dengan produk unggulannya makanan brem. Salah satu makanan khas Madiun adalah Pecel Madiun, serta sambal pecel madiun