Wolgograd liegt knapp 1000 km südöstlich von Moskau im Unteren Wolgagebiet. In dieser Tiefebene treffen die zentralasiatische und die südrussische Steppe aufeinander, der Untergrund besteht größtenteils aus sandigem Steppenboden. Wolgograd liegt am rechten (westlichen) Ufer der Wolga. Diese ist mit 3500 km Länge der längste Fluss Europas und mündet etwa 500 km südlich von Wolgograd ins Kaspische Meer.

Im Wolgograder Gebiet herrscht gemäßigtes Kontinentalklima mit wenigen Niederschlägen. Die Winter sind unbeständig und mäßig kalt, die Sommer dagegen sehr heiß: Von Juni bis August klettern die Temperaturen oft auf 35 °C und mehr. Die wärmsten Monate sind Juli und August (Durchschnittstemperatur: 23 °C), die kältesten Monate Januar und Februar (Durchschnittstemperatur: -6 °C). Frühling und Herbst dauern nur kurz (von Ende März bis Ende April bzw. Oktober bis November) und sind durch hohe Temperaturschwankungen gekennzeichnet.

Am besten besucht man Wolgograd im April/Mai oder September/Oktober. Dann regnet es selten und die Temperaturen sind angenehm warm.