位于湖南省东部偏北，湘江下游和长浏盆地西缘。地域范围为北纬27°51′～28°40′，东经111°53′～114°15′。东邻江西省宜春地区和萍乡市，南接株洲、湘潭两市，西连娄底、益阳两市，北抵岳阳、益阳两市。东西长约230千米，南北宽约88千米。2020年全市土地面积11816.0平方千米，其中市区面积2150.9平方千米，建成区面积560.80平方千米。境内地质特征是：地层出露齐全，花岗岩体广布，地质构造复杂，各个地质历史时期的地层在长沙市均有出露，最古老的地层大约是10亿年以前形成的。约6亿年前，长沙是茫茫大海，但海水不深。以后，海水逐步由东而西退出，浏阳、长沙与望城大部分地区升出海面，成为江南古陆的西北缘。距今约1.4亿年，长沙地区海浸结束，上升成为陆地，由于地壳运动与地质构造的影响，形成长条形的山间坳陷盆地~长（沙）平（江）盆地。新生代开始，整个长平盆地上升为陆地。距今约350万年前，地球上发生第三次冰期，浏阳保留冰川地貌遗迹。
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