O principal núcleo urbano de Bilbau é rodeado por duas cadeias montanhosas cuja altitude média não ultrapassa os 400 m e que em parte marcam os limites naturais do município. Os principais municípios limítrofes são Sondica, Basauri, Zamudio e Baracaldo. Desde a sua fundação no início de , foi um centro comercial de particular importância na região costeira cantábrica, devido à sua atividade portuária, baseada sobretudo na exportação de lã de Castela e, em menor escala, do ferro extraído das  minas a céu aberto biscainhas. Ao longo do e início do assistiu a uma forte industrialização, nomeadamente com o início da exploração metalúrgica em 1841, que a transformou na região mais industrializada de Espanha a seguir a Barcelona e lhe granjeou o epíteto de "Cidade do Ferro". O desenvolvimento industrial foi acompanhado de uma extraordinária explosão demográfica e urbanística que originou a anexação de vários municípios circundantes. A cidade tem vindo a perder o seu carácter marcadamente industrial para se tornar uma cidade de serviços, que se encontra num processo de revitalização estética, social e económica, cujo símbolo se pode considerar o Museu Guggenheim Bilbao, um edifício vanguardista da autoria de Frank Gehry, que se tornou o ex libris da cidade.

Em 2010 Bilbau recebeu o prémio Lee Kuan Yew World City Prize (Prémio Mundial das Cidades), concedido pelo estado de Singapura, que premeia a qualidade do urbanismo.