Град Кюстендил е разположен в южната част на Кюстендилската котловина, в подножието на планина Осогово. Града се намира на 525 метра надморска височина.
Кюстендилската котловина се намира в Краищенско - Конявската планинско- котловинна част на Краищеснко - Ихтиманска подобласт, в поречието на река Струма. Формата и е на неправилна елипса, чиято дълга ос е ориентирана в направление северозапад-югоизток. С площ от около 460 квадратни километра, на Юг Кюстендилската котловина граничи със стръмните склонове на Осогово, на Запад и Север с полегатите склонове на планините Лисец, Чудинска и Земенска, а на североизток със стръмните склонове на Конявската планина.
В източната си част котловината е открита. Земенският пролом я свързва с Радомирската котловина, Скринският пролом - с южната част на Дупнишката котловина, проломът на река Драговищица - с Босилеградската котловина, а проломът на река Бистрица и проходът Вратца с Каменичката котловина.
Кюстендилска котловина има общи черти с развитието и оформянето си с другите котловини по поречието на река Струма. Силно влияние оказват разломите, ограждащи от север Рило-Родопският масив и разломите в средното и долното течение на река Струма.
Основите на котловината са изградени от кристалинни шисти, който се разкриват на повърхността на вътрешнокотловинното възвишение Спасовица. През терциера в Кюстендилска котловина има сладководно езеро, на дъното на което се отлагат мощнии пластове от чакъл, пясък и глина с прослойки лигнитни въглища. В края на терциера и прехода към кватернера нови издигания на оградните планини подновяват разломите и нагъват мощните наслаги. Езерото се оттича и се образуват проломите на река Струма. В резултат на денудацията склоновете на планините и котловинното дъно се покриват с делувиални наслаги. Потъването на дъното и ерозионната дейност на реките предизвикват образуването на широки наносни конуси. Движенията през кватернера обулсавят създаването на речните тераси на река Струма и протоците и, а последното издигане на Осоговската планина е съпроводено с подновявването на разседите в северното и подножие.
Кюстендилската котловина се отводнява от река Струма и притоците и Драговищица, Бистрица, Конявски дол, Банщица, Новоселска река, Берсинска река, Граничка река, Лилячка река и други. По-многобройни и с по-голям оток са десните притоци, водещи началото си от Осогово и планините на Краището.
В наслагите на котловинното дъно има подпочвени води, а в подножието на Конявската планина и източния дял на Осоговска планина се срещат множество карстови извори, които се ползват за стопански нужди. Извори с топла минерална вода има в град Кюстендил, а със студена минерална вода в село Невестино.
В котловинното дъно и подножието на планините са разположени множество земеделски земи, овощни градини, ниви, ливади и пасища. По сколоновете на планините има изкувствени насаждения от черен бор, гори от бук, цер, благун, горун, воден габър, обикновен и келяв габер, ксеротермни тревни формации.
Животинският свят е представен от див заек, обикновена полевка, катерица, невестулка, сърна, лисица, етиопски лешояд, балкански кеклик, ливаден гущер, дългокрака гръцка жаба, речен кефал, скобар, черна мрян, балканска пъстърва, каракуда, шаран и други.