La vallée de Caracas, située dans le nord du Venezuela, fait géographiquement partie du système montagneux de la Cordillère de la Costa, séparée de la mer des Caraïbes par le parc national d’El Avila sur environ 15 km. La vallée abrite toute la ville de Caracas et est traversée par la rivière Guaire, longue d’environ 35 km. Il s’agit d’une zone sismique, située très près de la limite entre deux plaques tectoniques, la plaque caraïbe et la plaque sud-américaine.
Sur le plan administratif, elle est divisée en 5 municipalités appartenant à deux entités fédérales différentes : Le district de la capitale (municipalité de Libertador) et l’État de Miranda (municipalités de Baruta, Chacao, El Hatillo et Sucre). Parallèlement, toutes les municipalités sont intégrées dans le district métropolitain de Caracas.
La vallée est relativement petite et assez irrégulière. La ville occupe une superficie d’environ 80 à 100 km² dans la vallée, avec une longueur d’environ 20 km et une largeur d’environ 5 km. L’altitude au-dessus du niveau de la mer varie d’un point à l’autre, allant de 870 à 1 043 m au-dessus du niveau de la mer dans la zone urbaine, avec 900 m dans le centre historique. Le point culminant est le pic Naiguatá, à 2765 m d’altitude.