Lillehammer er en by og kommune i Innlandet (tidligere i Oppland) ved Gudbrandsdalslågens utløp i Mjøsa. Den grenser i nord mot Øyer, i sørøst mot Ringsaker, i sør til Gjøvik, i sørvest mot Nordre Land, og i vest mot Gausdal.
Sentrum, Nordre Ål, Søre Ål, Røyslimoen og Vårsetergrenda ligger på østsiden der Lågen renner ut i Mjøsa. Fåberg, Jørstadmoen og Rudsbygd ligger nord for byen, og Vingnes, Vingrom og Saksumdal på vestsiden av Mjøsa.
Fjellområdene i kommunen består av Fåberg Vestfjell som grenser mot Nordre Land, Gausdal og Gjøvik, og Fåberg Østfjell som grenser mot Øyer og Ringsaker.
Lillehammer blir også kalt dølabyen ut fra sin beliggenhet som inngangsport til Gausdalen, og for sin historiske status som kjøpssted for Gudbrandsdalen. Byen er den nordlige endestasjonen for det historiske dampskipet «Skibladner» på Mjøsa.