Döbling liegt im Nordwesten Wiens und umfasst den Abhang des Wienerwaldes zur Donau und zum Donaukanal, die den Bezirk im Osten begrenzen. Die Donau bildet dabei die Grenze zwischen Döbling und dem Bezirk Floridsdorf, der Donaukanal zum Bezirk Brigittenau. An der Gürtelbrücke über den Donaukanal zweigt die Bezirksgrenze schließlich ab und trennt Döbling im Süden entlang des Gürtels vom Bezirk Alsergrund. An der Schrottenbachgasse zweigt die Bezirksgrenze schließlich nach Nordwesten ab und trennt Döbling entlang der Linie Währinger Park-Hasenauerstraße-Peter Jordan Straße-Starkfriedgasse-Sommerhaidenweg vom Bezirk Währing. Die kurze Grenze zum Bezirk Hernals schließt direkt nach Norden an.