Entlang der Küste der Toskana herrscht Mittelmeerklima vor, d.h. milde, feuchte Winter und heiße, trockene Sommer. Pisa liegt am Fluss Arno, ca. 15 Kilometer von seiner Mündung in das Mittelmeer. Die Stadt liegt in einer fruchtbaren Ebene im Norden der Toskana. Im Norden der Stadt liegen die Monti Pisani, eine Bergkette mit Höhen von bis zu 1000 Metern. Im Süden befindet sich die Küste von Pisa.
Das Klima wird vom Meer beeinflusst. Die Sommer sind heiß und sonnig. Das Thermometer kann bis zu 31 Grad steigen, die Winter sind mild aber regenreich. Schnee fällt eher selten in Pisa.