Город расположен у слияния рек Волги, Шексны и Черёмухи. Кроме них, в городе протекает ещё ряд мелких речек и ручьёв. Город расположен в самой северной точке реки Волги, до Рыбинска она течёт в основном на северо-восток, а от Рыбинска поворачивает на юго-восток.
Рыбинск расположен на обоих её берегах, но основная часть находится на правом берегу, ориентирован вдоль неё и имеет протяжённость 27 км при ширине не более 6 км.
