Położone na wybrzeżach Zatoki Botnickiej na północy Morza Bałtyckiego, miasto jest znane jako piąty co do wielkości port Szwecji. Ponieważ zatoka jest zamarznięta w miesiącach zimowych, statki podróżują z pomocą lodołamaczy. Luleå ma zimny klimat. Lata są krótkie i chłodne, a zimy długie i mroźne. Tworzenie się stałych warstw śniegu zapewnia nieco łagodniejszą pogodę dzięki Prądowi Zatokowemu. Najwyższa wartość temperatury obserwowana w mieście to około 20 stopni w lipcu, podczas gdy najniższa wartość temperatury to -13 stopni, jak zaobserwowano w styczniu.