Herlev ligger i det ret flade areal mellem København og Roskilde. Jordbunden er præget af lave, fugtige enge. Som en del af forsvarsplanen for København omkring 1890 skulle Kagsmose, som lå i overgangen fra Vestvolden til de planlagte oversvømmelsesområder nord for Vestvolden, i krigstilfælde oversvømmes ved opstemning af Harrestrup Å og Kagså. De første udstykninger skete i begyndelsen af 1920’erne på jorder, der lå øst og nordøst for landsbyen. Grundvandsspejlet ligger højt, og nogle af disse tidligste udstykninger, der i dag kaldes Eventyrkvarteret og Elverparken, blev befolket, før vejsystemer og kloakering var tilvejebragt, så beboerne havde problemer med oversvømmelser i vinterhalvåret.
Herlev Bymidte ligger ved krydset mellem Herlev Hovedgade og Herlev Ringvej. Sydøst herfor ved S-togslinjen ligger indkøbscenteret BIG og et stort erhvervsareal, og mod nord er Herlev Hospital med det høje sengetårn under udbygning. De nærmeste boligkvarterer består mest af etageejendomme, som længere ude afløses af parcel-, række- og gårdhavehuse. Hjortespring i Herlev Kommunes nordlige del er vokset sammen med Herlev. Begge byers befolkningstal opgøres samlet under Herlev. Herlev er desuden vokset sammen med Mørkhøj, Islev og Skovlunde i nabokommunerne.
