Chamonix è situata tra la parte occidentale e settentrionale delle Alpi, a 15 km dalla Svizzera attraverso il Col des Montets, ed a 15 km dall'Italia attraverso il tunnel del Monte Bianco. Il punto nel quale si ricongiungono questi tre confini si colloca sulla vetta del Mont Dolent (3.820 m).
La valle di Chamonix è dominata dal Monte Bianco, la più alta vetta dell'Europa occidentale, con i suoi 4.810,45 m secondo l'ultima stima ufficiale risalente al dicembre del 2009).
Di origine glaciale, la valle dominata dal massiccio del Monte Bianco a sud e dal massiccio delle Aiguilles Rouges a nord, si estende per oltre 17 km di lunghezza dalla vetta del Col des Montets al torrente di Taconnaz e la sua superficie raggiunge i 24.546 ettari. Il centro storico si trova ad un'altitudine di 1.035 metri e la valle raggiunge i 1.462 metri, con il centro di Le Tour.
Il principale corso d'acqua dell'Alta Savoia, l'Arve, che scorre su 107 km, nasce dal Col de Balme, attraversa la valle di Chamonix (o l'Alta Valle dell'Arve), scavandola in parte, per poi affluire nel Rodano a Ginevra.
La popolazione residente ammonta a 9.401 abitanti. Nel corso delle stagioni turistiche, che conoscono significative variazioni, più di 100.000 persone accedono alla valle ogni giorno durante la stagione estiva e circa 60.000 in quella invernale.
| Temperatures | Media minima | Media massima |
| dicembre-gennaio | -7°C / -8°C | +1°C / +2°C |
| febbraio-marzo | -7°C / -3°C | +4°C / +7°C |
| giugno-luglio | +7°C / +9°C | +20°C / +24°C |
| agosto-settembre | +8°C / +6°C | +22°C / +18°C |
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