Tórshavn er geografisk lokalisert midt i øyriket, på østkysten av den største øya, Streymoy, på 62° nordlig bredde og 6° vestlig lengde. I øst ligger den forholdsvis flate øya Nólsoy, som effektivt skjermer byens naturlige havn. Halvøya Tinganes deler havnen inn i Eystaravág og Vesteravág. Den lille elven Sandá har sitt utløp ved Sandagerði, og danner skillet mellom Tórshavn og Argir. Sandá har sine kilder i Havnardalur, vest for byen. Havnadalsvatn er byens drikkevannskilde.