天津位于华北平原的东北部，东临渤海，北依燕山，西倚京城，处在海河流域的下游，海河上吞九水，中连七十二沽，下游入海，大运河流经此地南下，居航运枢纽，为京畿门户，总面积约11305平方公里，有152公里长的海岸线，是中国第三大城市。
天津虽然地处渤海之滨，但气候仍带有暖温带大陆性季风气候的明显特点，四季分明，春日短且多风，夏日多雨、炎热、秋季短促，冬季寒冷。清人张焘在其所作的《津门杂记》一书中，对天津的气候及其对城市生态的影响，有一段极为生动的描述：“天津气候，非冬即夏，所求春秋佳日绝少。二三月间犹寒气不减，一如隆冬。每至首夏清和，今日体著重绵，明日手则挥扇，其立见炎凉如此。且有干风吹扬尘土，其势甚狂，几几乎无日无之，人目尽眯，禾苗枯萎，所以常苦旱荒。夏秋之交，雨势稍大，又防冲决，湿蒸炎热异常。中秋节后，人犹袒背以行，无几日，又行冬令，朔风骤起，木叶尽脱，便觉寒威彻骨，溪水结冰矣。居人非卧暖炕，拥煤炉，不足以过冬。”
天津平原的早期开发，大约开始于距今6000年的新石器时代。此前天津的绝大部分地区还是一片汪洋大海。其发展经历了一个由北向南逐步推进的历程。
1974年，天津考古工作者在天津北郊刘家码头发掘出的石斧、石磨棒以及后来陆续在武清、宁河、宝坻县发现的石斧、石磨棒、石耜、石镞等新石器时代的遗物，说明了在新石器时代已有群居的先民在该地区进行农耕和渔猎活动。
在天津平原的成陆过程中，黄河的三次北迁天津附近入海，起了举足轻重的作用。这一点已从考古发现的在张贵庄、巨葛庄、沙井子一线和白沙岭、泥沽一线以及汉沽区双桥子和塘沽区高沙岭一线由于古黄河改道的淤泥作用和海生贝类动物在海潮推动下逐渐堆积而成的与今海岸线平行的三道贝壳堤中得到了证实。
战国时期，天津平原得到了大规模的开发。1956年，在天津东部张贵庄一带考古发现的33座战国墓葬中，陶制的鼎、豆、壶，夹云母屑红陶三足器，鱼、鸟纹饰的陶壶，燕国的货币“明刀”等以及后来陆续发现的战国遗址中铁制的镬、锄、铲、镰、斧、凿及陶制的鱼网坠等，都足以证明在战国时期，天津地区的农业、渔业及商业已有了相当程度的发展。特别是从居住遗址中发现的大量墙砖、筒瓦、板瓦和印有猛虎怒吼纹样的瓦当等，说明了当时已有了华贵精美的房屋建筑。
西汉时期，隶属渔阳郡的泉州城（今武清县东北城上村）建立，成为当时天津平原的政治、经济和边防中心，这也是早期城市在天津平原上的第一次城址选择。
唐代，天津地区的河海冲要地位更显突出。作为海河运输中转必由之路，“三会海口”之名出现，进一步说明天津作为港口城市的历史特定职能。
五代之后，天津地区又成为宋辽南北对峙的前沿阵地。“寨”、“铺”行政管理系统、军事屯垦的出现及南北经济交流的加强，推动了城市形成的历程
金元时期北京的定都，为天津城市的勃兴提供了一个良好的契机。金王朝在此设“直沽寨”，奠定了天津城市发展的基础。至今，“直沽”二字仍被广泛地用为天津的代名词。元朝时，大都的军需民食，繁荣富庶，“无不仰给于江南”，因而漕运发达。直沽以其优越的地理位置成为漕船转运枢纽和漕粮储备基地，城市的载体功能亦随之不断加强。
为保障漕运畅通，元政府曾先后在天津建起两座天妃宫，其中以海河三岔口处的天妃宫最为繁盛，促使了三岔河口一带，特别是宫南、宫北大街的空前繁荣。元朝国子监祭酒张翥在《代祀天妃庙次直沽作》诗文中记载了当时粮船集中在三岔河口的盛况和祭祀活动的情景：“晓日三岔口，连樯集万艘。普天均雨露，大海静波涛。入庙灵风肃，焚香瑞气高。使臣三奠毕，喜气满宫袍。”由于天妃宫（后称天后宫）建立的时间早于天津建城设卫，故又为后人留下了“先有天后宫，后有天津卫”的历史佳话。
明清时期，天津的政治、经济、文化得到了更进一步的发展，逐步成为中国北方最为繁荣的商业大都会。
