Palma se extiende a lo largo de la Bahía de Palma, en la costa del mar Mediterráneo, al oeste de la isla. La aglomeración de la ciudad tiene unos 30 kilómetros de longitud y se extiende a lo largo de la costa desde Magaluf, al oeste, hasta S'Arenal, al este. Con unos 500.000 habitantes, más de la mitad de la población de Mallorca vive aquí.

Al noroeste de la ciudad se extiende la Serra de Tramuntana y al noreste algunas sierras más pequeñas que separan Palma de la llanura central de Mallorca. Al este, la playa de arena de Platja de Palma se extiende a lo largo de la costa durante unos diez kilómetros hasta S'Arenal. Al oeste se encuentra la bahía de Cala Major.