Bydel Østensjø ligger sydøst i Oslo. Sentralt i bydelen ligger et dalsøkk med innsjøen Østensjøvannet (ca. 100 meter over havet), mens områdene øst for vannet, som Oppsal og Bøler, ligger betydelig høyere og strekker seg opp til ca. 200 moh. på det høyeste. Vest for dalsøkket ligger Ekeberg og Lambertseter (begge utenfor bydelens administrative grenser), som også ligger betydelig høyere enn Østensjøvannet. Nordvest for vannet ligger åsen Tallberget, og skiller Østensjøvannet fra Manglerud og Rognerud. Syd i bydelen ligger Skulleruddumpa, som utgjør grensen mot Bydel Søndre Nordstrand.