Los Angeles est située dans le sud de l'État de Californie, sur la côte pacifique. Les Américains l'appellent souvent par son diminutif, L.A.. Cette ville est le siège du comté portant le même nom. Los Angeles signifie « les anges » en espagnol et ses habitants sont appelés Angelenos (quelquefois Angelinos) – les Angelins.
Selon le bureau du recensement des États-Unis, la population de la commune est de 3 792 621 habitants en 2010, ce qui en fait la deuxième agglomération des États-Unis après celle de New York. Mais la commune de Los Angeles est relativement restreinte face à l'agglomération angeline, même si elle est plus grande que New York et Chicago. Los Angeles est une ville olympique : elle a accueilli les Jeux deux fois (en 1932 et 1984). Mondialement connue pour son activité culturelle (Hollywood), L. A. est cosmopolite et demeure l'un des points d'entrée d'immigrants les plus importants aux États-Unis.

Bordée au nord par les San Gabriel Mountains, à l'ouest et au sud par l'Océan Pacifique (situation favorable permettant aux Angelins de faire du ski et se baigner dans la même journée), Los Angeles offre une grande variété de paysages. Le rivage est constitué des longues plages de sable blanc des baies de Santa Monica et de San Pedro. La ville occupe une partie du bassin de Los Angeles, une plaine côtière accidentée, et une grande partie de la vallée de San Fernando, dont elle est séparée par de hautes collines, les monts Santa Monica. Le principal cours d'eau de Los Angeles est la Los Angeles River, un petit fleuve qui prend sa source dans la vallée de San Fernando et traverse la ville jusqu'à l'océan.
La ville s'étend sur 1 290,6 km2 . La ville compte 379 parcs dont la superficie totale est de 63,5 km. Griffith Park est le plus grand parc urbain du monde. Le plus vieux parc de la ville a été créé en 1781 et se trouve dans le El Pueblo de Los Angeles Historic Monument, près de Union Station. La ville jouit d'un climat méditerranéen semi-aride caractérisé par des hivers doux et humides et des étés chauds et secs. Elle fait partie de la Sun Belt (« ceinture du soleil »). Les vents venant de l'océan Pacifique tendent à rafraîchir la côte en été et à les réchauffer en hiver. À l'intérieur des terres, les influences maritimes se font moins sentir, si bien que l'amplitude thermique s'accroît. Les températures peuvent ainsi varier de plusieurs degrés dans les quartiers les plus éloignés du littoral.
Les pluies tombent surtout en hiver (les mois de janvier et février sont les plus humides) et au printemps. Les canicules se produisent beaucoup au mois de septembre lorsqu'un vent nommé "Santa Ana" souffle sur la Californie du Sud, pouvant faire monter la température au-dessus de 40 °C pendant 2 à 3 jours.
La ville est située sur la faille de San Andreas et le risque de séisme y est très élevé. Le tremblement de terre majeur le plus récent est celui de Northridge en 1994 dont l'épicentre se situait dans la vallée de San Fernando.

En raison de l'étalement urbain, des trop faibles densités de l'agglomération et de l'utilisation extensive de la voiture, Los Angeles subit une importante pollution de l'air. Le smog, qui y est particulièrement intense, est un nuage de pollution provoqué par les gaz d'échappement et les rejets industriels. Dès qu'un certain seuil est dépassé, un avis d'alerte est lancé par les autorités de la ville ; les déplacements en voiture y sont alors limités au strict nécessaire, et les usines doivent cesser de brûler des hydrocarbures.