Sofya, Güneydoğu Avrupa'da, Bulgaristan'ın batısındaki Sofya Havzası'nda yer almaktadır. Şehrin kuzeyinde Sıra Dağlar (Stara Planina), doğusunda ve güneydoğusunda Sredna Gora, güneyinde ve güneybatısında Vitoşa Dağı, batısında ise Lülin, Viskâr ve Çepın Dağları bulunur. Sofya, İskar Nehri'nin ve kollarının üzerinde kurulmuştur.