Washington D. C. se divide en cuatro cuadrantes: Noroeste, Noreste, Sudeste y Sudoeste. Los ejes que dividen a los cuadrantes se cruzan justo en el Capitolio.

Washington D. C. se localiza en las coordenadas 38°53′42″N 77°02′11″O / 38.895, -77.03639 . De acuerdo con el Departamento Censal de Estados Unidos, la ciudad tiene un área de 177 km² (68,3 mi²). De este total, 159 km² es tierra y 18 km² (el 10,16%) es agua.

Washington se encuentra rodeado por los estados de Maryland (al sudeste, noreste y noroeste) y Virginia (al oeste); interrumpe la frontera entre ambos estados, la cual sigue el cauce del río Potomac. Este río al pasar por Washington está casi completamente dentro de la frontera del Distrito de Columbia debido a los derechos ribereños coloniales entre Maryland y Virginia.

El Distrito tiene tres principales afluentes naturales: el río Potomac, el río Anacostia y Rock Creek. El río Anacostia y Rock Creek son afluentes del río Potomac. También hay tres embalses artificiales:

* Dalecarlia (que cruza la frontera noroccidental del Distrito con Maryland).
* McMillan (cerca de la Universidad Howard)
* Georgetown (río arriba de Georgetown).

El punto más alto en el Distrito de Columbia se encuentra en Tenleytown, a 125 msnm. El punto más bajo es al nivel del mar, el cual se presenta a lo largo de la orilla del Anacostia y toda la orilla del Potomac, excepto la parte más alta (el área de Little Falls y Chain Bridge).

El centro geográfico del Distrito de Columbia se localiza cerca de la Calle 4, la Calle L y la avenida Nueva York (no debajo del Domo del Capitolio, como se suele decir).

Los accidentes geográficos de Washington D. C. incluyen a la isla Theodore Roosevelt, la isla de Columbia, las islas Tres Hermanas y Hains Point.