Geografijom Londona u najvećoj meri dominira reka Temza. Istorijski gledano, prva naselja u ovom području nastala su upravo oko Temze, da bi se vremenom širila i međusobno spajala. Budući da je London relativno ravan, sa manjim brojem brda zanemarljive visine koji nisu ometali njegov razvoj, on je danas, grubo rečeno, kružnog oblika.

Kišni dan i Tauer bridž

Sama Temza intenzivno meandrira prolazeći kroz London. Razvitkom grada i izgled Temze se menjao. Ona je nekad bila plitka i znatno šira, često je plavila okolno zemljište koje je bilo pretežno močvarnih karakteristika. Međutim, intenzivna regulacija njenog toka izgradnjom nasipa i brana je u velikoj meri izmenila Temzu. Većina njenih pritoka u području Londona su danas podzemne. Temza je i plimska reka (zahvaljujući čemu se London i razvio kao velika luka) gotovo celom dužinom njenog toka kroz London, tačnije od Kingstona na Temzi (Kingston upon Thames) pa nizvodno. Varijacije u nivou reke su velike i dostižu i par metara. London je pre izgradnje Barijere na Temzi (Thames Barrier) imao velikih i čestih problema sa poplavama. Njenom izgradnjom problem je trenutno rešen, ali se očekuje da će se u budućnosti javiti potreba za većom barijerom nizvodnije. Temza je plovna najvećim delom svoga toka kroz London.

London ima umerenu klimu. Padavine su podjednako raspoređene, tako da mesečna količina kiše ne varira previše u toku godine. Najveće količine padavina se izlučuju između oktobra (57 mm) i decembra (57 mm) dok je februar najsuvlji mesec (36 mm). U proseku, London ima 145 dana sa padavinama u toku godine. Sneg je retkost, kratko se zadržava i pokrivač ne prelazi dubinu od par centimetara. Ovome doprinosi i činjenica da London ima mikroklimu zbog koje je i do 5°C topliji od svog okruženja. Temperature su umerene, retko padaju ispod nule i prelaze 30°C. Najviša temperatura zabeležena u Londonu je 38,1°C.

Na periferiji grada nalazi se sad već predgrađe Grinič, po kojem je nulta geografska dužina dobila ime. Sama linija prolazi kroz dvorište opservatorije koja se nalazi na vrhu brega u sred Griniča.