中山市地形以平原为主，地势中部高亢，四周平坦，平原地区自西北向东南倾斜。五桂山、竹嵩岭等山脉突屹于市中南部，五桂山主峰海拔531米，为全市最高峰。地貌由大陆架隆起的低山、丘陵、台地和珠江口的冲积平原、海滩组成。其中低山、丘陵、台地占全境面积的24%，一般海拔为10—200米，土壤类型为赤红壤。平原和滩涂占全境面积的68%，一般海拔为-0.5—1米，其中平原土壤类型为水稻土和基水地，滩涂广泛分布有滨海盐渍沼泽土及滨海沙土。河流面积占全境的8%，西江下游的西海水道、磨刀门水道自北向南流经市西部边界，由磨刀门出南海；北江下游的洪奇沥水道自西北向东南经过市东北边界由洪奇门出珠江口。其间汊道纵横交错，其中小榄水道、鸡鸦水道横贯市北半部，汇入横门水道由横门出珠江口。水系划分为平原河网和低山丘陵河网两个部分，平原地区河网深受南海海洋潮汐的影响，具典型河口区特色。

中山市地处低纬度区，全境均在北回归线以南，属亚热带季风气候，光热充足，雨量充沛，太阳辐射能量丰富。总辐射量以7月最多，达51141.3焦耳/平方厘米；2月最少，仅23285.7焦耳/平方厘米。历年平均日照时数为1843.4小时，占年可照时数的42%；年最多日照时数为2392.6小时（1955年），占年可照时数的54%；年最少日照时数为1448.2小时（1994年），占年可照时数的33%。年平均气温为22.0℃。月平均气温以1月最低，为13.6℃；7月最高，达28.5℃。极端最高气温38.7℃（2005年7月18日和19日），极端最低气温-1.3℃（1955年1月12日）。濒临南海，夏季风带来大量水汽，成为降水的主要来源，年平均降水量为1791.3毫米。影响全市的灾害性天气有台风、暴雨、低温、霜冻、低温阴雨、干旱和雷暴。

中山市地处珠江三角洲中南部，东临伶仃洋，珠江八大出海水道中有磨刀门、横门、洪奇沥等三条经市境出海。市境内平原广阔，山丘起伏，雨量多而强度大。水系可以划分为平原河网和低山丘陵河网两个明显区别而又互相联系的部分。平原地区河网深受南海海洋潮汐的影响，具典型河口区特色。中山市平原河网是珠江河口区网状水系的主要组成部分之一。呈现大致自西北向东南伸展的扇形网状河系。市境内平原河网的河道，河床高程均处于海平面以下，且坡降很小。绝大部分河床的纵横剖面均表现为波状起伏，仅磨刀门水道河床的纵剖面出现倒比降。中山市低山丘陵区的河流，大部分流入珠江各干支流，小部分独流注入珠江河口湾伶仃洋，因此仍属珠江水系。受地质构造和地貌形态的影响，各河溪表现出以五桂山为中心向四周流散的放射状网格分布的特点。

中山市属丰水地区，年降雨量1738毫米，降水量共达29.18亿立方米，西江和北江流经该市的磨刀门、横门、洪奇沥总水量1497亿立方米，每亩平均水量达12.57万立方米。此外，中山市地处滨海，可利用潮差进行排灌。

中山市的地质发展历史悠久，地壳变动频繁，但地层分布比较简单，富矿地层缺乏，现已探明并开发利用的矿产仅有花岗岩石料、砂料和耐火黏土。其中石料主要是黑云母花岗岩、黑云母二长花岗岩和花岗闪长岩，广泛分布于市内的低山、丘陵和台地，以五桂山和竹嵩岭储量最为丰富；砂料以中粗粒石英砂为主，主要分布于市内东部龙穴、下沙一带沿海地区；耐火黏土主要分布于火炬开发区濠头村附近。

中山市大中型兽类的主要活动场所分布于五桂山低山丘陵和白水林山高丘陵地区，现存的经济动物主要有小灵猫、食蟹獴、豹猫、南狐、穿山甲、板齿鼠和各种鸟类、蛇类等；平原地区以爬行类、两栖类、鸟类和鼠类为主；水生动物有鱼类、甲壳类和多种贝类。植被代表类型为热带季雨林型的常绿季雨林，植物主要种类有610多种，隶属于105科358属，森林覆盖率为12.95%。

截至2018年底，中山市常住人口331.00万人，其中城镇常住人口292.44万人，占常住人口的比重（常住人口城镇化率）为88.35%，比上年末提高0.07%。全年常住人口出生率12.49‰，死亡率2.87‰，自然增长率9.62‰。年末户籍人口176.92万人。全市有壮族、瑶族等少数民族。