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La geografía de Guayaquil está caracterizada por su posición costera en la región litoral de Ecuador y su ubicación entre el río Guayas y el estero Salado. La geografía de la ciudad, con su cercanía al océano y su condición de puerto, ha contribuido como un importante factor para hacer de Guayaquil la ciudad con mayor densidad poblacional de la República del Ecuador.
La ciudad de Guayaquil está ubicada en la parte noroeste de América del Sur, al oeste de Evuador con pocas elevaciones y alejada de la Cordillera de los Andes. El poco relieve de la ciudad y del cantón está formado por cerros que atraviesan la ciudad y luego se unen a un sistema montañoso menor llamado "Chongón-Colonche" al oeste de la ciudad. La red fluvial del Guayas cerca de Guayaquil por el este, mientras que es atravesada y cercada al oeste por el Estero Salado. Tiene fácil acceso al océano Pacífico por medio del Golfo de Guayaquil.
De manera oficial, la ciudad de Guayaquil está dividida en 16 parroquias urbanas, manteniendo 5 parroquias en calidad de "rurales", aunque se suele confundir esta división territorial con la división administrativa de la municipalidad la cual divide a la ciudad en 71 sectores. Políticamente, el cantón Guayaquil administra la isla Puná a la cual la designa como parroquia rural, así como también varias otras pequeñas islas en el Golfo de Guayaquil. Adicional a estos territorios, el cantón administra una pequeña extensión entre las provincias del Guayas y de El Oro, franja territorial llamada "Tenguel" y designada como parroquia rural.
El cantón y la ciudad de Guayaquil, en semejanza al resto de la provincia del Guayas, tiene un clima tropical. Al igual que la mayoría de las ciudades de la costa del Pacífico y debido a su ubicación en plena zona ecuatorial, la ciudad tiene una temperatura cálida durante casi todo el año. Las corrientes de Humboldt y de El Niño marquen dos períodos climáticos: el primero de tipo lluvioso y el otro de tipo seco, conocidos popularmente como "invierno" y "verano" respectivamente.