Kommunen fikk sin nåværende utstrekning i 1964 da Trondheim ble slått sammen med nabokommunene Byneset, Strinda, Tiller og Leinstrand. Bysenteret (Midtbyen) ligger der Nidelva renner ut i Trondheimsfjorden. Kommunen grenser i øst mot Malvik og i sør mot Selbu, Klæbu og Melhus.
Trondheim er administrasjonssentrum for Sør-Trøndelag fylke. Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet (NTNU) og Høgskolen i Sør-Trøndelag ligger i byen. Stor-Trondheim er det offisielle navnet på storbyområdet til Trondheim, som er det sammenhengde bo- og jobbeområdet til Trondheim.