Metropolia stołeczna Tokio leży w regionie Kantō, na największej japońskiej równinie, na wyspie Honsiu (Honshū), u ujścia rzeki Sumida do Zatoki Tokijskiej. Współrzędne geograficzne centralnej części miasta to: 35°41′ szerokości geograficznej północnej i 139°46′ długości geograficznej wschodniej.
Obszar prefektury metropolitalnej Tokio pocięty jest rzekami. Sumida jest historycznym korytem rzeki Ara, która od II ćw. XX w. ma sztucznie wykonane, alternatywne koryto do Zatoki Tokijskiej, omijające obszar centralny miasta. Na wschodzie płyną rzeki Naka i Edo. Ta ostatnia jest wschodnią granicą miasta (na odcinku południowym, gdzie przekopano alternatywne koryto do Zatoki, stary ciek nosi nazwę Kyū-Edo). Głównym ciekiem zachodniej części obszaru jest rzeka Tama, będąca na znacznej długości południową granicą miasta.
Wschodnia część miasta leży na płaskim, a na wschód od Sumidy wręcz podmokłym terenie, podczas gdy zachodnia – na terenie lekko pofalowanym, z widocznymi dolinami i płytkimi wąwozami dawnych rzek. Jest to wschodni skraj wyżyny Musashino, ciągnącej się na zachód, aż po góry oddzielające ją od kotliny dawnej prowincji Kai. Góry zajmują duży obszar prefektury. Ich zbocza są strome i zalesione (lasem pokryte jest 36% obszaru Tōkyō-to). Najwyższym szczytem jest Kumotori o wysokości 2017 m n.p.m. Na terenie stołecznej prefektury znajdują się także inne szczyty, m.in.: Takanosu (1737 m n.p.m.), Ōdake (1267 m n.p.m.), czy otoczone szczególnym kultem Mitake (929 m n.p.m.) i Takao (599 m n.p.m.). Wysoko w górach na rzece Tamie znajduje się największe jezioro na terenie prefektury – sztuczny zbiornik Okutama-ko.
Wielki zespół miejski południowego Kantō, którego stolica Japonii stanowi centrum, tworzy obszar zurbanizowany, zajmujący większą część Tōkyō-to oraz prefektury Kanagawa (gdzie leży Jokohama, drugie co do wielkości miasto Japonii), jak również znaczną część prefektur Chiba i Saitama. W strefie bezpośredniego oddziaływania miasta pozostają również prefektury: Gunma, Ibaraki, Tochigi, Yamanashi i Shizuoka.
Stolica jest centrum politycznym, handlowym, finansowym, edukacyjnym i medialnym kraju. Nie ma ona konkurencji w Japonii pod względem liczby biur, ministerstw, korporacji, uczelni, muzeów, teatrów i parków rozrywki. Aż 47,3% korporacji japońskich o kapitale powyżej miliarda jenów znajduje się w Tokio. 9,8% wszystkich zatrudnionych w kraju pracuje na terenie prefektury Tokio i wytwarza 16,8% dochodu narodowego. Metropolia ma wysoko rozwinięty system komunikacji miejskiej, m.in. najdłuższą na świecie sieć szybkich kolei miejskich oraz jeden z największych systemów miejskich dróg ekspresowych.
Tokio leży w strefie dużej aktywności sejsmicznej, co stwarza specyficzne wymagania dla zabudowy. Istnieje realne zagrożenie kolejnym wielkim trzęsieniem ziemi, które mogłoby ponownie zniszczyć miasto. Mimo to miasto wciąż przyciąga ludzi z całego kraju, a nawet świata. Od dłuższego czasu imigracja lokuje się głównie nie w samym mieście, ale na obszarze szeroko pojętej aglomeracji.
