Город находится на востоке Мали (юго-восток Азавада), на левом берегу реки Нигер, на высоте 226 метров над уровнем моря. Гао расположен в 320 км к юго-востоку от города Томбукту, в 103 км к северо-западу от города Ансонго и в 204 км от границы с Нигером.
Город соединён асфальтированной дорогой со столицей страны, городом Бамако; протяжённость этой дороги составляет около 1200 км. По реке Нигер имеется сезонное паромное сообщение. Паромные перевозки между городами Куликоро и Гао (1380 км) обслуживаются компанией Compagnie Malienne de Navigation и действуют обычно с конца июля до ноября, когда уровень воды в реке позволяет судам проходить[1].
В прошлом Гао был столицей средневековой империи Сонгаи. Вплоть до настоящего времени город является одним из центров Транссахарской торговли.
В 2006 году через реку Нигер в Гао был построен мост, который заменил паромную переправу[2]. Строительство моста осуществляла Китайская государственная строительная компания, а профинансировали Исламский банк развития и правительство Мали.
После военного переворота в Мали весной 2012 года, 11 января 2013 года Франция начала на территории страны военную операцию «Сервал». 25 апреля 2013 года Совет Безопасности ООН принял резолюцию № 2100 о проведении комплексной операции по стабилизации обстановки в Мали (MINUSMA). 27 ноября 2013 года сюда прибыли первые миротворцы из КНР. В дальнейшем, на окраине города была построена военная база ООН, также китайские инженеры начали восстановление аэропорта и двух городских больниц[3].
Климат Гао жаркий и сухой. Среднегодовая температура составляет +27 °C. Наиболее холодный месяц года — январь (в среднем +22 °C), наиболее жаркий — май (в среднем +37 °C). В год здесь выпадает лишь 270 мм осадков, причём более 100 мм из этого количества — в августе. В течение 5 месяцев в году дожди вообще не идут.