Byen har et areal på 505,3 km², og ligger 728 m over havet. Den er omgitt av fem fjellkjeder – Santa Catalina-fjellene og Tortolita-fjellene i nord, Santa Rita-fjellene i syd, Rincon-fjellene i øst, og Tucson-fjellene i vest. Byen ligger langs Santa Cruz-elven, et elveleie som er tørt mesteparten av året, men som det tidvis strømmen vann gjennom i kortere perioder under monsunen.