Мадрид расположен в центре Пиренейского полуострова на плато Месета (в переводе с испанского означает «стол»), на высоте свыше 650 м над уров-нем моря, к югу от гор Сьерра-де-Гвадаррама, по обоим берегам маловодной реки Мансанарес (бассейн Тахо). Эта часть плоскогорья называется Новокастильской. По количеству осадков плоскогорье Месета занимает одно из последних мест в Европе, так что его можно назвать настоящей европейской пустыней. Жаркое засушливое лето обусловлено также субтропическим средиземноморским климатом континентального типа. Зимой температура воздуха редко опускается ниже 0° С. Средняя температура января составляет +5° С, июля - до +24,5° С. В среднем в год на данной территории выпадает около 440 мм осадков, преимущественно в зимний период. Водоснабжение Мадрида сопряжено с некоторыми трудностями, поэтому в районе Сьерра-де-Гвадаррама созданы водохранилища, откуда вода подается в город с помощью специальных каналов.
В окрестностях столицы встречается растительность, характерная для Средиземноморья, например вечнозеленые кустарники - маквис, гарига, а также полукустарники - томиллары. Маквис состоит преимущественно из кустов мирта, можжевельника, дикой фисташки и ладанника. В большом количестве распространены олени, косули и кабаны. Из хищников преобладают волки, лисицы и испанские рыси. Для фауны плоскогорья характерно наличие нескольких видов ящериц, змей и хамелеонов. Здесь также прекрасно размножаются тарантулы и скорпионы.