Le borough de Manhattan a une superficie totale de 87,5 km2, dont 59,5 km2 de terres émergées et 28 km2 d’eau.
L'île de Manhattan est entourée par l'Hudson à l'ouest et l'East River à l'est. Elle couvre une superficie de 58,8 km2, mesure 21,6 km de long et atteint 3,7 km de largeur au niveau de la 14e Rue. Au nord, la Harlem River la sépare du Bronx et du continent. Le borough comprend également d'autres îles, dont Randall's Island et Ward's Island et Roosevelt Island dans l'East River, ainsi que Governors Island et Liberty Island au sud dans la baie de New York. Il s'étend aussi sur une petite partie du continent, enclavée dans le Bronx : il s'agit du quartier de Marble Hill, qui faisait autrefois partie de l'île de Manhattan, mais qui fut séparé de celle-ci lors de la construction en 1895 du canal de Spuyten Duyvil Creek qui reliait l'Hudson à la Harlem River ; puis rejoignit le continent lorsque le canal fut rebouché avant la Première Guerre mondiale. Le New York County, dont l'île fait partie possède quant à lui une superficie de 87,5 km2, séparés en 59,5 km2 de terre, et 28 km2 d'eau.
L'exemple du quartier de Marble Hill, séparé de Manhattan depuis 1895 traduit bien l'impact de l'homme sur la géographie de la baie de New York. Depuis la colonisation hollandaise, Manhattan a connu de nombreuses revendications de terres, visant à gagner toujours plus de terrain par rapport aux limites imposées par les cours d'eau ou la mer. Ainsi, au début du XIXe siècle, du remblai fut utilisé afin d'agrandir le quartier de Lower Manhattan au niveau de la pointe sud de l'île, entre les limites naturelles de l'Hudson River sur Greenwich Street jusqu'à West Street. Plus récemment, lors de la construction du World Trade Center, quelque 917 000 m3 de terre ont été excavés, puis réutilisés afin de construire Battery Park City. L'extension de 210 mètres sur le fleuve couvre 37 hectares, fournit 1,9 km de côte et environ 12 hectares de parcs. La Wildlife Conservation Society, qui gère les zoos et aquariums de la ville, entreprend, à travers le Mannahatta Project, une simulation sur ordinateur qui permettrait de reconstruire virtuellement la géographie et l'écologie de Manhattan telle que l'île était lorsque Henry Hudson la découvrit en 1609, et de la comparer avec le borough actuel, fortement artificialisé.
Manhattan est globalement organisé selon un plan en damier hérité du Commissioners' Plan de 1811, qui proposait la création de seize avenues dans la direction nord/sud, entrecoupées par 155 rues dans la direction est/ouest. Ce plan formé de rues perpendiculaires ne concerne pas l'ensemble de Manhattan, mais seulement la partie de l'île située au nord d'Houston Street, rue à partir de laquelle part la 1e Rue. En outre, le plan n'est parfaitement respecté qu'à partir de la 14e rue étant donné que le Greenwich Village est situé dans un espace délimité par Houston Street et la 14e rue. Seule Broadway, qui traverse Manhattan du sud au nord s'intercale dans le plan hippodamien. En ce qui concerne la numérotation des rues, elle est des plus simples dans ce système cadastral : les avenues sont numérotées de 1 à 12 et de A à D avec parfois des noms annexes (Lexington Avenue, Park Avenue) alors que les rues sont numérotées de 1 à 220. Globalement, les rues possèdent une largeur de 18 m, et 61 m séparent les différentes rues parallèles. Quinze rues possèdent le statut différent de Crosstown Streets (la 34e rue, 42e rue, 59e rue), en raison de leur fréquentation plus importante ; elles sont en conséquence plus larges (30 m).
Bien qu'étant située à la même latitude que les villes européennes les plus chaudes comme Naples ou Madrid, New York et en particulier Manhattan possèdent un climat continental humide, semblable à celui des pays de l'est de l'Europe. Il résulte d'une combinaison de vents dominants qui amènent de l'air frais en provenance de l'intérieur du continent nord-américain. La localisation côtière de la ville explique des températures hivernales plus douces que dans les régions situées sur le continent, ce qui limite la quantité annuelle de neige, généralement comprise entre 63,5 et 88,9 cm. En outre, il s'écoule en moyenne 220 jours entre les gelées saisonnières. En général, le printemps et l'automne sont doux, tandis que l'été est très chaud et humide, avec des températures de 32 °C ou plus enregistrées en moyenne entre 18 et 25 jours durant cette saison. La météo et le climat de la ville sur le long terme sont influencés par l'oscillation atlantique multidécennale, cycle d'alternance entre chaleur et fraîcheur de l'Océan Atlantique d'une durée de 70 ans, qui influence la fréquence et la violence des ouragans et autres tempêtes côtières de la région. Il arrive parfois que New York connaisse de longues périodes pluvieuses, ou au contraire de longues sécheresses.
Les records de température ont été enregistrés le 9 juillet 1936 pour la température la plus haute(41 °C), et le 9 février 1934 pour la température la plus basse (-26 °C). Ces températures ne sont vraiment pas communes, et ces records n'ont que rarement été approchés depuis plus de soixante-dix ans. Malgré tout, en juin 2005, une température de 38 °C a été enregistrée, et en 2006, le thermomètre a affiché jusqu'à 39 °C en août. Le plus bas atteint récemment remonte à janvier 2004, avec une température de -18 °C.
Du fait de l'orientation de 28,9 degrés du plan en damier se produit deux fois par an un phénomène surnommé Manhattanhenge (par analogie avec Stonehenge). Le 28 mai et le 12 juillet (dates de 2006), le lever et le coucher du soleil sont dans l’axe des rues, et l’on peut toujours observer le soleil dans la rue, malgré la présence des gratte-ciel.
mois | jan. | fév. | mar. | avr. | mai | jui. | jui. | aoû. | sep. | oct. | nov. | déc. | année |
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Température minimale moyenne (°C) | -4 | -3 | 1 | 6 | 12 | 17 | 20 | 19 | 15 | 10 | 5 | -1 | 8 |
Température maximale moyenne (°C) | 3 | 4 | 10 | 15 | 21 | 26 | 29 | 28 | 24 | 18 | 12 | 6 | 17 |
Précipitations (mm) | 86 | 84 | 99 | 102 | 112 | 95 | 112 | 104 | 99 | 91 | 127 | 99 | 1 124 |
On distingue souvent trois zones principales à Manhattan (du sud vers le nord) :
La Cinquième Avenue, axe majeur de la ville, délimite les côtés est et ouest de la ville.
Les nombreux quartiers de Manhattan ne répondent à aucune convention particulière. Certains sont géographiques, comme l'Upper East Side, d'autres décrivent une réalité ethnique, comme Chinatown ; certains sont des acronymes, comme TriBeCa ("TRIangle BElow CAnal Street") ou SoHo ("SOuth of HOuston"), ou NoLIta ("NOrth of Little ITaly"). Harlem doit son nom à la ville d'Haarlem aux Pays-Bas. Ils dévoilent toute la diversité de Manhattan : le Lower East Side et East Village ont été longtemps associés à une « subculture bohème ». Chelsea est le quartier de la vie artistique et nocturne du borough. Washington Heights est habité par des immigrants de République dominicaine. Chinatown est, avec plus de 150 000 habitants, la plus grande concentration de Chinois du monde occidental. L'Upper West Side est souvent défini comme un quartier intellectuel et créatif tandis que l'Upper East Side, l'un des quartiers les plus riches des États-Unis, est caractérisé comme conservateur.