徐州交通发达，基础设施较完备，素有“五省通衢”之称。是中国第二大铁路枢纽，京沪、陇海两大铁路干线在此交汇。境内公路四通八达，有国道5条，省道20条，正在建设中的京沪、霍连高速公路通过徐州。京杭运河穿境而过，沿岸建有四个内河大港。
徐州市位于华北平原的东南部，域内除中部和东部存在少数丘岗外，大部皆为平原。丘陵海拨一般在00－200米左右，丘陵山地面积约占全市9.4%。丘陵山地分两大群，一群分布于市域中部，山体高低不一，其中贾汪区中部的大洞山为全市最高峰 ，海拔361米；另一群分布于市域东部，最高点为新沂市北部的马陵山，海拔122.9米。平原总地势由西北向东南降低，平均坡度1/7000--1/8000，平原约占土地总面积的90%，海拨一般在30－50米之间。
徐州市地处古淮河的支流沂、沭、泗诸水的下游，以黄河故道为分水岭，形成北部的沂、沭、泗水系和南部的濉、安河水系。境内河流纵横交错，湖沼、水库星罗棋布，废黄河斜穿东西，京杭大运河横贯南北，东有沂、沭诸水及骆马湖，西有夏兴、大沙河及微山湖。