Το Φοίνιξ βρίσκεται στις 33°26'54" βόρεια, 112°4'26" δυτικά (33.448457°, -112.073844°) στην κοιλάδα του Salt River, ή "Κοιλάδα του Ήλιου", στην κεντρική Αριζόνα. Βρίσκεται σε μέσο υψόμετρο 340 μέτρων (1.117 πόδια), στις βόρειες εκτάσεις της ερήμου Σονόραν.
Εκτός από τα βουνά μέσα και γύρω από την πόλη, το ανάγλυφο του Φοίνιξ είναι ως επί το πλείστον επίπεδο. Αυτό επιτρέπει στους κύριους δρόμους της πόλης να διατρέχουν ένα ακριβές πλέγμα με φαρδείς, ανοιχτούς δρόμους.
Ο ποταμός Salt River διασχίζει δυτικά την πόλη του Φοίνιξ. Η κοίτη του ποταμού είναι συχνά στεγνή ή απλά μια στάλα λόγω της μεγάλης χρήσης άρδευσης. Ο ποταμός γεμίζει μετά από σπάνιες βροχοπτώσεις ή όταν απελευθερώνεται περισσότερο νερό από τα φράγματα στα ανάντη. Η πόλη Tempe έχει κατασκευάσει δύο φουσκωτά φράγματα στην κοίτη του Salt River για να δημιουργήσει μια λίμνη αναψυχής όλο το χρόνο, που ονομάζεται Tempe Town Lake. Τα φράγματα ξεφουσκώνουν για να επιτρέπουν στον ποταμό να ρέει ανεμπόδιστα κατά τη διάρκεια των απελευθερώσεων. Το περιφερειακό πάρκο Lake Pleasant βρίσκεται στο βορειοδυτικό Φοίνιξ, στο προάστιο Peoria της Αριζόνα.
Όπως και το μεγαλύτερο μέρος της Αριζόνα, το Φοίνιξ δεν τηρεί τη θερινή ώρα. Το 1973, ο κυβερνήτης Jack Williams υποστήριξε στο Κογκρέσο ότι η κατανάλωση ενέργειας θα αυξανόταν το βράδυ. Οι ψυκτικές μονάδες δεν χρησιμοποιούνταν τόσο συχνά το πρωί κατά την κανονική ώρα. Συνέχισε λέγοντας ότι η χρήση ενέργειας θα αυξανόταν "επειδή θα υπήρχαν περισσότερα φώτα αναμμένα νωρίς το πρωί". Ανησυχούσε επίσης για τα παιδιά που πήγαιναν στο σχολείο στο σκοτάδι, πράγμα που όντως συνέβαινε. Τα εδάφη του έθνους Νάβαχο στη βορειοανατολική Αριζόνα τηρούν τη θερινή ώρα σε συνδυασμό με τα υπόλοιπα εδάφη των φυλών τους σε άλλες πολιτείες.
Κλίμα
Το Φοίνιξ έχει ξηρό κλίμα, με πολύ ζεστά καλοκαίρια και εύκρατους χειμώνες. Η μέση υψηλή θερμοκρασία του καλοκαιριού είναι από τις θερμότερες όλων των κατοικημένων περιοχών των Ηνωμένων Πολιτειών και πλησιάζει εκείνες πόλεων όπως το Ριάντ και η Βαγδάτη. Η θερμοκρασία φτάνει ή ξεπερνά τους 38 °C κατά μέσο όρο 110 ημέρες κατά τη διάρκεια του έτους, συμπεριλαμβανομένων των περισσότερων ημερών από τα τέλη Μαΐου έως τις αρχές Σεπτεμβρίου, και οι μέγιστες θερμοκρασίες ξεπερνούν τους 43 °C κατά μέσο όρο 18 ημέρες κατά τη διάρκεια του έτους. Στις 26 Ιουνίου 1990, η θερμοκρασία έφθασε στο υψηλότερο καταγεγραμμένο επίπεδο όλων των εποχών, τους 50 °C (122 °F).
Κατά μέσο όρο, ο Φοίνιξ έχει μόνο 5 ημέρες το χρόνο όπου η θερμοκρασία πέφτει στο μηδέν ή κάτω από το μηδέν. Συχνά, οι απομακρυσμένες περιοχές του Φοίνιξ βλέπουν παγετό, αλλά το αεροδρόμιο δεν βλέπει. Ο παλαιότερος παγετός που έχει καταγραφεί σημειώθηκε στις 3 Νοεμβρίου 1946 και ο τελευταίος στις 4 Απριλίου 1945. Η χαμηλότερη καταγεγραμμένη θερμοκρασία όλων των εποχών στο Φοίνιξ ήταν 16 °F (-8,8 °C) στις 7 Ιανουαρίου 1913.
Τοπίο της πόλης
Από το 1986, η πόλη του Φοίνιξ έχει χωριστεί σε αστικά χωριά, πολλά από τα οποία βασίζονται σε ιστορικά σημαντικές γειτονιές και κοινότητες. Κάθε χωριό διαθέτει μια επιτροπή σχεδιασμού. Η επιτροπή αυτή διορίζεται απευθείας από το δημοτικό συμβούλιο. Σύμφωνα με το εγχειρίδιο χωροταξικού σχεδιασμού που εξέδωσε η πόλη, σκοπός των επιτροπών χωροταξικού σχεδιασμού είναι να συνεργάζονται με την επιτροπή σχεδιασμού της πόλης για να εξασφαλίσουν μια ισορροπία μεταξύ κατοικίας και απασχόλησης σε κάθε χωριό. Οι επιτροπές επικεντρώνονται επίσης στην ανάπτυξη στους αναγνωρισμένους πυρήνες των χωριών και στην προώθηση του μοναδικού χαρακτήρα και της ταυτότητας των χωριών.
Αυτή τη στιγμή υπάρχουν 15 αστικά χωριά στην πόλη: Ahwatukee Foothills, Alhambra, Camelback East, Central City, Deer Valley, Desert View, Encanto, Estrella, Laveen, Maryvale, North Gateway, North Mountain, Paradise Valley (δεν πρέπει να συγχέεται με την πόλη Paradise Valley), South Mountain και Rio Vista. Το Rio Vista δημιουργήθηκε ως New Village το 2004 και επί του παρόντος είναι πολύ αραιοκατοικημένο, χωρίς να αναμένεται μεγάλη ανάπτυξη στο εγγύς μέλλον.
Οι περιοχές και οι συνοικίες του Φοίνιξ που αναφέρονται συνήθως περιλαμβάνουν το Downtown, Midtown, West Phoenix, North Phoenix, South Phoenix, Biltmore Area, Arcadia, Sunnyslope, Ahwatukee.
