Malá i Velká Chuchle mají členité území, s převýšením 100 metrů. Vzdálenost od středu Prahy je 11 km. Nejvyšší nadmořská výška je 340 m a dosahují ji vrcholové partie Chuchelského háje. Nejnižší  nadmořskou výšku má hladina Vltavy (190 m), a to na hranicích katastru Malé Chuchle s hranicemi katastrálního území Hlubočepy. Řeka Vltava je také hranicí na východní části městské části.

Území obce leží v severním mírném pásu na přechodu mezi oceánským a vnitrozemským podnebím s tím, že zde převládají větry západního proudění. Roční oblačnost má průměr 6,7, slunce zde svítí průměrně 43 % doby, kdy je nad obzorem, srážek zde spadne průměrně 154 cm³, průměrná roční teplota je 9,2^o C.

Velká Chuchle je položena v údolí orientovaném v západovýchodním směru, kterým protéká potok Vrutice, jenž se vlévá do Vltavy. Na západě je toto údolí uzavřeno kopcem, který se podle svého charakteristického vzhledu nazývá Homolka. Na sever od něj je území bývalé skládky, kam se 25 let ukládal tuhý komunální odpad. Tak zde vznikl umělý, asi 50 m vysoký kopec, který převyšuje okolí. Díky jemu zde nemůže přirozeně, převážně od západu proudit vzduch, což mělo negativní vliv na zdejší prostředí, hlavně v zimních měsících, kdy se topilo tuhými palivy.

Pravobřežní partie potoka Vrutice proti bývalému dolu na dolomitizovaný vápenec jsou pokryty nepůvodními dřevinnými porosty s dominancí jasanu na odvalovém materiálu dolu. Jižněji položené lesní úseky – ulice V Dolích, jsou tvořeny jehličnatými porosty borovice černé, modřínu opadavého a smrku ztepilého. Severní okraj lesního komplexu je obtékán malým přítokem Vrutice, podél něhož je vytvořen úzký pruh potočního luhu. Lesní komplex dále vybíhá do polních kultur směrem k západu, na území Městské části Praha – Slivenec. Úzký pruh luhu zasahuje i do tohoto cípu a kopíruje pramen zmíněného přítoku Vrutice. Soustava mezí severojižního směru spojuje les se zalesněnou enklávou při zahrádkářské kolonii Lahovská. Lesní porosty mají charakter dubohabřin, nelesní plochy jsou charakteru teplomilných lučních porostů s poměrně bohatým druhovým složením.

Jižně od ulice Dostihová zaujímá velkou plochu chuchelské závodiště, charakterizované šlapanými trávníky, druhotnými porosty dřevin a parkovými výsadbami. Při jižním okraji závodiště, v terénní prohlubni orientované kolmo na ulici Radotínskou, je vytvořen rozsáhlý porost bolševníku velkolepého. Na východ u závodiště, mezi silnicí Strakonickou a vltavským břehem, je řada výrobních podniků, kde byla ještě před povodní v srpnu 2002 geobotanicky indikována kontaminace vltavského břehu blíže nespecifikovanými látkami.

Malá Chuchle je orientována v ústí velmi úzkého údolí, jehož osou je Mariánskolázeňský potok, označovaný někdy jako Čertova strouha, jenž je svojí délkou – 1 km, nejkratší v Praze. V jeho horní části toku vyvěrá mineralizovaný pramen, který se stal prazákladem někdejších chuchelských lázní. Jde mj. o význačnou pražskou vyvěračku s ložiskem pěnovců.

Od roku 1990 je území Městské části Praha – Velká Chuchle součástí přírodního parku Radotínsko – chuchelský háj.