Winterthur erreicht zusammen mit seinen Vororten eine Ost-West Ausdehnung von zirka 7 Kilometern und erstreckt sich etwa 5 Kilometern in Nord-Süd Richtung.

Das sternförmige Stadtgebiet ist eingegrenzt durch fünf baumbestandenen Hügel und wird durchflossen vom Mattenbach und der Eulach, welche auf Stadtgebiet zusammenfliessen um den Stadtkern in Ostwestrichtung unterirdisch zu queren.

Der Südwestrand der Stadt wird peripher gestreift vom Fliessgewässer Töss. Das Stadtgebiet von Winterthur wird T-förmig durchzogen von Schienentrassees, die Winterthur mit Zürich, Schaffhausen und St. Gallen verbinden.

Der östliche Strang fächert sich dabei innerhalb der Stadtgrenzen weiter auf in insgesamt vier Teilstränge. Die Autobahn verbindet Winterthur in südlicher und östlicher Richtung, wobei die Fahrzeuge bis auf die Durchquerung Wülflingens im Westen komplett ausserhalb Winterthurs in einem Viertelkreis um die Stadt geführt worden ist.

Entsprechend gut ist Winterthur mit insgesamt vier Anschlssen im Süden, Westen und Norden an die Nationalstrasse angebunden. Morphologisch lassen sich mehrere Teilgebiete unterscheiden, wobei durch seine grossmassstäblichen Bebauungen vor allem das Zentrumsgebiet, die östliche Randzone Grütze, sowie die südliche Peripherie Töss auffallen.