O município de Vitória, sede da capital do Estado do Espírito Santo, localiza-se a uma latitude sul de 20°, 19′ e 9″, e a uma longitude oeste de Greenwich de 40°, 20′ e 50″, possuindo área de 81 km², equivalente a 0,18% de território estadual e 5,5% dos 1.461 quilômetros da micro-região de Vitória, também denominada Região da Grande Vitória, sendo, portanto, o menor município desta região.
Limita-se ao norte com o município da Serra, ao sul, com Vila Velha, a leste, com o oceano Atlântico e a oeste com o município de Cariacica.
Além da sede, com altitude de 10 metros, é compreendido pelo distrito de Goiabeiras.
O município é formado pela ilha do mesmo nome, com área de 28,04 km², e uma área continental, além de pequenas ilhas na sua baía.
A ilha é montanhosa, de constituição granítica circundada por numerosos terrenos de mangues e restingas, e é um prolongamento do relevo continental. O ponto mais elevado é o pico Frei Leopardi ou Pedra dos Olhos, com altitude de 240 metros.
A bacia que compõe a paisagem hidrográfica do município é a do rio Santa Maria da Vitória.
O clima é tropical úmido e caracterizado por temperaturas variáveis, atingindo a média mensal das máximas de 34,4°C. A maior ocorrência de chuvas se dá nos meses de outubro a janeiro.
Unidades de preservação existentes: Estação Ecológica Municipal da Ilha do Lameirão (área de 891,83 ha), Reserva Ecológica da Restinga de Camburi (área de 12,54 ha), Parque Estadual da Fonte Grande (área de 220 ha), Reserva Ecológica Municipal da Pedra dos Olhos (área de 0,65 ha), Parque Municipal da Gruta da Onça (área de 6,89 h), área de Proteção Ambiental da Ilha do Frade (área de 37,50 ha), Reserva Ecológica Municipal das Ilhas Oceânicas de Trindade e Martim Vaz (área de 117,80 ha), Reserva Ecológica Municipal do Morro da Gamela (área de 295.340 m²) e Reserva Ecológica Municipal do Morro de Itapenambi (área de 109.198 m²).
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Léa Brígida Rocha de Alvarenga Rosa, historiadora e Presidente do Instituto Histórico e Geográfico do Espírito Santo.