Tbilisi se encuentra en el Cáucaso Sur a 41°43' de latitud norte y 44°47' de longitud este. La ciudad se encuentra en el este de Georgia en ambas orillas del río Mt'k'vari. La elevación de la ciudad oscila desde 380 hasta 770 metros sobre el nivel del mar y tiene forma de un anfiteatro rodeado de montañas por tres lados. Hacia el norte, Tbilisi está delimitada por la cordillera Saguramo, al este y sureste por la llanura de Iori, al sur y al oeste con varias terminaciones (subescalas) de la cordillera Trialeti.
