Город расположился на высоком берегу широкой излучины Иртыша, который огибает город с юга и запада. Петляние реки в этом месте образовалось в обход холма-останца, на склонах которого и лежит Ханты-Мансийск. План города напоминает большое кофейное зерно, овал границ формируется рекой и Объездной дорогой, а вертикальную извилистую перемычку создает улица Энгельса, переходящая в ул. Гагарина, которые соединяют разные районы города.

Северный район расположен на относительно пологом рельефе, является местом расположения центра города. Центр города примерно ограничен улицами Энгельса и улицей Дзержинского, если смотреть радиальные дороги, расходящиеся от горы, поперечными - ул. Чехова и вниз примерно до улицы Пионерской. Улица Карла Маркса от центральной площади вниз до ул.Рознина является пешеходной.

К югу от центра, имеется уникальное по российским меркам явление, поросший лесом холм, Самаровский Чугас, который имеет статус охраняемой природной территории. В центральной части вершины также расположены небольшие жилые кварталы. Тем не менее главной здесь это комплекс спортивных сооружений, который включает в себя биатлонный центр и его инфраструктура, арену «Югра-Атлетикс» и горнолыжный комплекс с фуникулером «Хвойный Урман».

Наконец, вдоль набережной лежат районы, в месте расположения исторического поселения Самарово. Помимо естественно вплетенной береговой инфраструктуры, спортивные сооружения, расположенные на горе продолжают ледовая арена и еще одна арена, а также археопарк с бронзовыми фигурами мамонтов.

Аэропорт Ханты-Мансийска расположен на северо-восточной окраине города. Из аэропорта в центр города с 5 утра до полуночи ходит автобус №5, интервал 20-40 минут. Стоимость проезда до центра на такси около 300 рублей (2025).

Ближайшие железнодорожные станции (Пыть-Ях или Демьянка Свердловской железной дороги) находятся от города на расстоянии около 250 километров.

Речной порт и пристань на Иртыше, находится в историческом месте расположения Самарово, в полутора десятках километров от впадения Иртыша в реку Обь. Речной вокзал Ханты-Мансийска является одним из крупнейших в России по географии регулярных пассажирских маршрутов. Они связывают город с Сургутом, Берёзово, Приобьем, Кондинским и многими более близкими населёнными пунктами. В ряд близлежащих сёл отсюда можно отправиться даже зимой, на судах на воздушной подушке.