Витоша се намира между Стара планина и Рило-Родопския масив и е част от Средногорието. Тя е единствената куполообразна планина в България и основното и било се откроява добре от останалите планински масиви. То върви по върховете Черни връх, Резньовете, Скопарник и Острица, в посока северозапад-югоизток.

Планината е част от Завалско-Планската планинска редица на Средногорието, като границите ѝ са следните:

на север и североизток – Софийската котловина

на запад – Пернишката котловина

на юг – северозападната част (Палакария) на Самоковската котловина

на северозапад – Владайската седловина (860 m) я свързва планината Люлин

на изток – седловината Ярема (1290 m) я свързва с планината Плана, а Панчаревският пролом на река Искър я отделя от Лозенска планина (част от Ихтиманска Средна гора)

на югозапад – седловината Бука преслап я свързва с планината Верила

Формата на Витоша е почти кръгла с диаметър 20 – 25 km с площ от 278 km2 и средна надморска височина от 1500 m. Най-високата ѝ точка е връх Черни връх (2290 m).