하미시는 신강 동부 하미 지역 남부에 위치하고 있다. 신장이 내지로 통하는 관문이며, 고대 실크로드의 중진이다. 간쑤 () 성 주천시 (), 서연창길 회족자치주 림현 () 과 투르판 () 시 산선현 (), 남접바음곽 () 몽골 자치주 약창현 (), 북접이우현 () 과 바쿤현 최서단은 칠각정 서동경 9106' 33 ",최남단은 가순고비 백용산 부근 북위 40 52' 47" 에 위치해 있다.
하미는 유라시아 대륙의 복부에 있는 중위도 지역에 위치해 있다. 천산산맥은 이 지역 중부에 위치해 있기 때문에 산맥의 남북면은 대부분 사막과 고비이고, 하미시는 주로 하미 분지에 위치해 있다.
하미는 전형적인 온대 대륙성 가뭄 기후로 낮과 밤의 온도차가 크다. 민간에는 "일찍 일어나서 가죽 재킷을 입고, 정오에 원사를 입고, 밤에는 난로를 둘러싸고 수박을 먹는다" 는 속담이 있다. 산간 지역 이외의 시 관할 구역은 연간 최고일차가 26.7 C 이고, 연간 극한의 최고 기온은 43.9 C 이며, 연간 극한의 최저 기온은-36 C 이다.