Город Керчь находится на восточном побережье Керченского полуострова. В центре города возвышается гора Митридат. Рельеф местности крупно- и мелкохолмистый, территорию рассекает множество балок и оврагов. Холмы имеют высоты от 40 до 100 м (гора Митридат — 91,4 м). На территории города находится самая восточная точка Крыма — мыс Фонарь. Город вытянут вдоль побережья Керченского пролива на 42 км. Общая территория города составляет 108 км². По территории Керчи протекают малые речки Мелек-Чесме (Приморская), Керчав-Илгасы, Булганак, Джарджава, Московская, Баксу. В окрестностях Керчи встречаются грязевые вулканы и солёные озёра.

Климат Керчи умеренно континентальный, близкий к субтропическому, с мягкой зимой (но часто с ветрами) и тёплым (часто знойным) летом.
На территории Керчи преобладает степной тип растительности. В его составе господствуют типичные, петрофитные и полупустынные степи. Реже встречается луговой тип растительности. Из деревьев широко представлены интродуценты: платан, тополь, акация, софора крымская, маклюра, туя, лох серебристый, пихта, грецкий орех, миндаль, а также большое количество фруктовых пород. На дачных участках выращивают такие теплолюбивые растения как гранат, инжир, айва, хурма, виноград.

В степи под Керчью встречаются такие травы: ковыль перистый, ковыль-волосатик, типчак, житняки, корневищные злаки и осоки. Подчинённую роль играют шалфей, клевер, горицвет и др. На более сухих территориях распространены полукустарники полынь крымская (Artemisia taurica), прутняк, некоторые виды чабреца). Большое распространение имеют дикорастущие кустарники шиповника, тёрна и боярышника.

В городе расположено 16 парков и скверов, что составляет (совместно с внутриквартальным озеленением) 236 га. Площадь зелёных насаждений составляет около 28 % от общей площади города. Большая часть зелёных насаждений города — искусственные, высажены в советский период после Великой Отечественной войны.
В окрестностях Керчи животный мир довольно беден, млекопитающие представлены, в основном, грызунами (суслик малый, полёвка обыкновенная, хомяк обыкновенный, хомяк серый, мышовка степная). Из пресмыкающихся обычны крымская ящерица, обыкновенный уж, степная гадюка. Изредка встречается желтопузик — змеевидная безногая ящерица. В парках города встречаются ежи, совы и белки.

Довольно богат мир птиц, особенно водоплавающих. На окраинах города вдоль берега гнездятся чайки. Зимой на городской набережной собирается множество людей полюбоваться на лебедей (лебедь-шипун, лебедь-кликун), которые прилетают на линьку и зимовку. Из хищных птиц присутствуют степной орёл и пустельга. В степях часто встречаются жаворонки — большой степной, маленький, полевой. В Керчи и её округе, встреча фазана не редкость. Множество зарослей кустарников, редко посещаемые людьми степные просторы, достаточные источники пропитания — все это благоприятствует распространению фазанов.

В степи вокруг Керчи встречаются некоторые опасные для человека членистоногие: каракурт, сколопендра.

В прибрежных водах водятся пиленгас, кефаль, сардина, несколько видов бычковых, сарган. В немногочисленных озёрах и реках в основном карась, колюшки. Присутствует черноморская креветка, называемая керчанами «рачки», размером не более 3-х сантиметров.

Моллюски представлены в основном мидией и рапаной. Причём за последние 10 лет мидия была почти полностью уничтожена рапаной.