Hameln liegt südwestlich von Hannover etwa auf halber Luftlinie zwischen Herford im Westen und Hildesheim im Osten. Die Stadt befindet sich im Zentrum des Naturpark Weserbergland Schaumburg-Hameln und ist jeweils von Teilen des Weserberglands im Westen bzw. Leineberglands im Osten umgeben. Hameln wird von einem Abschnitt der Oberweser durchflossen, in die im Stadtgebiet die Hamel (von Osten) und die Humme (von Westen) einmünden.