九州の北東端に位置し、関門海峡を挟んで本州の下関市と対峙する。市の北側は日本海（響灘）に面し、東側は瀬戸内海（周防灘）に面する。
市域の南側には山地が多く、山間部一帯は北九州国定公園に指定される。カルスト台地で有名な平尾台や、「100億ドルの夜景」で知られる皿倉山などがある。
川：紫川、遠賀川
山：皿倉山、手向山
令制国においては、現在の門司区、小倉北区、小倉南区、八幡東区の東半分は豊前国（企救郡）に属し、戸畑区、八幡東区の西半分、八幡西区、若松区は筑前国（遠賀郡、鞍手郡）に属しており、別の国であった。
1871年8月29日の廃藩置県により、豊前国は小倉県に、筑前国は福岡県となった。しかし、1876年8月21日の府県合併により、小倉県は分割されて大半の地域が福岡県と合併した。それ以降、現在の市域全体は福岡県に属するようになる。
この豊前国と筑前国とも、山口市に拠点を置く西日本最大の大名であった大内氏の時代には、この大内氏により守護されており、文化圏の枠組みでは、九州よりも本州や瀬戸内海岸の文化に影響が強い。また、この界隈の基礎となった八幡製鉄所の建設には、明治の長州閥が深く関わっており、歴史的にも豊前と長州の2地域は密接である。
1889年の市町村制施行により、それぞれが町制を敷き、大正時代に門司市、小倉市、戸畑市、八幡市、若松市が完成した。当時より五市（場合によっては下関市を含めた六市）の合併が提起されていたが、1963年2月10日にこの5市が対等合併、4月1日に政令指定都市となった。五市合併の際、合併後の新市名を住民公募した結果、「北九州市」という名称は2位だった（1位は「西京市」だったが、「西京」の異名を持つ山口市が抗議した為、現在の市名に落ち着いた経緯がある）。ちなみに「北九州」という名称は、この地域を走っていた西鉄の路面電車(2000年11月までに全線廃止)の路線の総称として「北九州市」誕生前から用いられていた。また市内にある北九州市立大学も1950年以来「北九州」を冠していた。
北九州市は、昔から交通の要所でもあり、重化学工業で栄えた都市である。古くから筑豊地方、京築地域、遠賀地方、福岡市周辺はもとより、県外の山口県（下関・宇部）、大分県（中津・宇佐）などの地域との関係は歴史的・文化的に密接である。特に山口県とは歴史的に非常に強い関係があり、文化面・経済面での影響を強く受けている。市内で使われる北九州弁も周辺地域の影響を濃く受けており、市内でも西部と東部で差異が見られる。
北九州市は以下の7つの行政区で構成される。
小倉北区
小倉南区
戸畑区
門司区
八幡西区
八幡東区
若松区
なお小倉北区と小倉南区は以前は小倉区、八幡西区と八幡東区は以前は八幡区だった。
八幡製鉄所を発端に北九州工業地帯を形成し、高度成長期の経済発展の恩恵を受けていたが、その反面、公害対策基本法などの法整備がされていなかった事もあり、公害の多発地帯となった。光化学スモッグは毎日のように発生、洞海湾は「死の海」と呼ばれるほど汚染され、当時の八幡区など周辺地域の学校では、数日たつとプールの水が真っ黒になるほどで、子供や老人を中心に気管支喘息患者も多く発生した。しかしその後、重工業が衰退し、また市全体で環境改善に取り組んだ結果、現在ではかなり好転している。現在、重工業は主要な産業ではなくなり、スペースワールドや門司港駅周辺のレトロ地区などの観光都市への脱皮を図るほか、かつての公害を教訓にリサイクル産業や研究機関を誘致している。
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