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Jena liegt im mittleren Saaletal zwischen teilweise von Mischwäldern bedeckten Muschelkalk- und Buntsandsteinhängen (geologische Phänomene sind unter anderem die Teufelslöcher und die Studentenrutsche). Auf ihnen, z. B. im Leutra-Tal, kommen zahlreiche, zum Teil seltene Orchideenarten vor.

Die größte Ausdehnung beträgt von Nord nach Süd 14,7 und von Ost nach West 12,2 Kilometer.

Folgende größere Städte liegen in der Nähe von Jena: Weimar (ca. 19 km westlich), Apolda (ca. 12 km nördlich), Rudolstadt (ca. 30 km südlich), Naumburg (Saale) (ca. 29 km nordöstlich), Gera (ca. 35 km östlich), Erfurt (ca. 40 km westlich), Halle (Saale) (ca. 67 km nordöstlich), Leipzig (ca. 72 km nordöstlich), Chemnitz (ca. 96 km östlich) und Dresden (ca. 152 km östlich).

Folgende Gemeinden grenzen an die Stadt Jena. Sie werden im Uhrzeigersinn beginnend im Norden aufgeführt:

Die Verwaltung der Stadt Jena ist nach § 45 der Thüringer Kommunalordnung in 30 Ortsteile unterteilt. Diese Ortsteile wurden durch die Hauptsatzung der Stadt Jena festgelegt. Dabei handelt es sich meist um räumlich getrennte Gebiete bzw. Dörfer, die ehemals selbstständige Gemeinden waren. Für jede Ortschaft gibt es einen in direkter Wahl bei einer Bürgerversammlung gewählten Ortsteilrat. Vorsitzender ist der ebenfalls direkt gewählte Ortsteilbürgermeister. Die 30 Ortsteile der Stadt sind in der Liste der Ortsteile Jenas aufgelistet.

Zusätzlich ist das Stadtgebiet Jenas in 41 statistische Bezirke eingeteilt. Diese sind: Ammerbach Ort, Beutenberg/Winzerlaer Straße, Burgau Ort, Closewitz, Cospeda, Drackendorf, Drackendorf/Lobeda-Ost, Göschwitz, Ilmnitz, Isserstedt, Jena-Nord, Jena-Süd, Jena-West, Jena-Zentrum, Jenaprießnitz, Krippendorf, Kunitz, Laasan, Lichtenhain Ort, Leutra, Lobeda-Altstadt, Lobeda-Ost, Lobeda-West, Löbstedt Ort, Lützeroda, Maua, Mühlenstraße, Münchenroda, Nord II, Remderoda, Ringwiese Flur Burgau, Vierzehnheiligen, Wenigenjena/Kernberge, Wenigenjena Ort, Wenigenjena/Schlegelsberg, Winzerla, Wogau, Wöllnitz, Ziegenhain Ort, Ziegenhainer Tal und Zwätzen.

Durch die Lage Jenas in den Tälern der Saale und ihrer Zuflüsse, die sich in die umgebende Hochfläche eingeschnitten haben, entstanden zahlreiche markante Kuppen und Bergausformungen, deren Höhen meist über 300 m ü. NN liegen. Einst unbewaldet und kahl, wurden diese Höhen und Hänge im Laufe der letzten beiden Jahrhunderte aufgeforstet.

Weitere Berge in der Umgebung sind westlich der Saale – von Nord nach Süd – der Plattenberg (345 m) auf der Gemarkung Neuengönna, der Jägerberg und der Windknollen (mit Napoleonstein, 363 m, beide innerhalb der Jenaer Stadtgrenze), der Cospoth (397 m) auf den Gemarkungen Jena und Bucha, der Spitzenberg (374 m) bei Maua auf der Gemarkung Rothenstein und die Kuppe (438 m, Dürrengleina). Östlich der Saale liegen zum Beispiel der (Große) Gleißberg (365 m, seltener Gleisberg) in Golmsdorf, auf dem die Ruine Kunitzburg steht, und der Eichberg südlich der Rodamündung in die Saale auf der Gemarkung Sulza. Es gibt im Tal der Gleise noch einen weiteren Schlossberg.

Die Ausbildung des Oberflächenreliefs im Stadtgebiet, besonders der Talhänge, ist durch eine differenzierte geologische Situation entstanden, die auf den geologischen Verhältnissen im mittleren Saaletal beruht.

Jena gehört zu den klimatisch besonders begünstigten Gebieten Deutschlands. Durch diese Lage ist Jena jedoch von den Auswirkungen der Überhitzung des Klimasystems der Erde im Rahmen des Klimawandels besonders betroffen, wodurch Anpassungsmaßnahmen erforderlich werden. Die starke Reflexion der Sonnenstrahlen an den steilen Talhängen und insbesondere die Wärmespeicherung des Muschelkalks erzeugen einen zeitigen und milden Frühling, heißen Sommer, langen und warmen Herbst und milden Winter. Mit einer mittleren Jahrestemperatur von 9,3 °C (1961–1990) gehört Jena zu den wärmsten Orten Mitteldeutschlands. Auf den 200 bis 250 m höher liegenden Hochflächen und den im Osten und Süden angrenzenden Gebieten ist die Temperatur im Jahresmittel bereits um 1 bis 1,5 °C niedriger. Hinzu kommt die windgeschützte Lage, denn durch den Talverlauf werden die Winde zumeist in Nord-Süd-Richtung eingelenkt und abgeschwächt. Die das Thüringer Becken umgebenden Mittelgebirge schirmen den Niederschlag ab. Die jährliche Niederschlagsmenge beträgt nur 570 bis 680 Liter pro Quadratmeter, der größte Teil fällt in den Sommermonaten. Durch das warme Mikroklima wird die Region bei Jena auch Thüringer Toskana oder auch Toskana des Ostens genannt.

Jena gehört zu den drei Oberzentren Thüringens. Nach Jena pendeln mehr Arbeitnehmer ein als von Jena auspendeln. Jena wird neben den Städten Erfurt und Ilmenau als Teil des Thüringer Technologiedreiecks bezeichnet. Im Zukunftsatlas 2019 belegte die kreisfreie Stadt Jena Platz 29 von 401 Landkreisen und kreisfreien Städten in Deutschland und zählt damit zu den Orten mit „sehr hohen Zukunftschancen“.

Jena ist Mitglied in der Metropolregion Mitteldeutschland.

Im Jahr 2016 erbrachte Jena, innerhalb der Stadtgrenzen, ein Bruttoinlandsprodukt (BIP) von 4,464 Milliarden Euro und belegte damit Platz 69 innerhalb der Rangliste der deutschen Städte nach Wirtschaftsleistung. Das Bruttoinlandsprodukt improvement Kopf lag im selben Jahr bei 40.609 Euro (Thüringen: 27.674 Euro/ Deutschland 38.180 Euro) und damit über dem regionalen und nationalen Durchschnitt. Etwa 60 Prozent wurde mit Dienstleistungen erwirtschaftet, weitere 30 Prozent entfielen auf das produzierende Gewerbe. Im Jahr 2013 existierten insgesamt 4255 Betriebe, davon 28 mit mehr als 250 Mitarbeitern.

Der Umsatz der Unternehmen des verarbeitenden Gewerbes mit 50 und mehr Beschäftigten betrug 2014 1,41 Milliarden Euro. Die Exportquote der Unternehmen des verarbeitenden Gewerbes mit 50 und mehr Beschäftigten lag bei 59,9 Prozent (2014) und ist damit die höchste Thüringens.

Zum 30. Juni 2017 gab es in Jena 55.192 sozialversicherungspflichtige Arbeitsplätze und 40.810 Einwohner der Stadt waren sozialversicherungspflichtig beschäftigt. Daraus ergibt sich ein Einpendlerüberschuss von 14.382 Personen, womit die Stadt nach Erfurt in Thüringen an zweiter Stelle liegt. Dabei standen 25.610 Einpendlern 11.267 Auspendler gegenüber, wobei 14.155 aus den Nachbarkreisen Saale-Holzland-Kreis, Weimarer Land und Weimar, 6.673 aus den an diese grenzenden Kreisen sowie Gotha und dem Altenburger Land und 4.782 sozialversicherungspflichtig Beschäftigte aus weiter entfernteren Regionen in Jena arbeiteten. Demgegenüber hatten 4.391 Jenaer ihren Arbeitsplatz in den Nachbarkreisen, 3.265 im zweiten Ring und 3.611 in entfernteren Regionen. Durch den Aufschwung seit etwa 2005 hat sich die Arbeitsmarktsituation verbessert, sodass die Arbeitslosenquote im Jahresdurchschnitt 2017 bei 6,1 Prozent lag.

In Hotels und anderen Unterkünften gab es 2014 insgesamt 313.100 Übernachtungen. Die durchschnittliche Aufenthaltsdauer lag bei knapp zwei Tagen.

Seit dem 19. Jahrhundert ist in Jena die Glas- und Optikindustrie ansässig. Durch Erfindungen, die das Mikroskop revolutionierten, und die Entwicklung des Planetariums sind die einschlägigen Unternehmen weltweit bekannt. Nach dem Zweiten Weltkrieg wurden die Unternehmen Carl Zeiss Jena GmbH und SCHOTT JENAer GLAS GmbH durch emigrierte Wissenschaftler und Angestellte in Westdeutschland neu gegründet. Bis Juli 1945 deportierten die amerikanischen Besatzer einen Großteil des Know-how in Form von Wissenschaftlern und Aufzeichnungen in ihre Besatzungszone. Danach erfolgte unter der sowjetischen Besetzung die Demontage der Industrie und deren Deportation in die Sowjetunion. Anfangs baute die Jenaer Bevölkerung die Städtische Industrie selbst wieder auf, bis auch die sowjetischen Besatzer in der neugegründeten DDR den Wiederaufbau unterstützten, um sie gegenüber der Bundesrepublik Deutschland zu stärken. Später entstand das Kombinat VEB Carl Zeiss Jena. Die Schottwerke wurden ebenfalls in ein Kombinat umgewandelt. Zusätzlich entstand in der DDR-Zeit mit Jenapharm ein pharmazeutisches Unternehmen, das aus dem in den vierziger Jahren gegründeten bakteriologischen Labor des Glaswerkes Schott hervorging. Aus dem Glaswerk wurde später der Bereich Glasfaser ausgegliedert und ging im Januar 2007 mehrheitlich in die Leoni AG über.

Nach der Wende wurde das volkseigene Großkombinat Carl Zeiss, in dem quick alle optischen Unternehmen der DDR zusammengeschlossen waren, privatisiert. Carl Zeiss Oberkochen übernahm die Verantwortung für das optische Kerngeschäft. Für den überwiegenden Teil der Jenaer Werke wurde ein Sanierer gesucht und mit Lothar Späth gefunden. In Jena entstand die Carl Zeiss Jena GmbH als Tochterunternehmen von Zeiss Oberkochen und die Jenoptik GmbH als Rechtsnachfolgerin des ehemaligen Kombinats mit Späth an der Spitze. 1998 wagte die Jenoptik als Aktiengesellschaft den Schritt an die Börse.

Vier börsennotierte Unternehmen haben ihren Hauptsitz in Jena: Jenoptik AG, Carl Zeiss Meditec AG, Intershop AG und die DEWB AG. Analytik Jena cap sich 2015 von der Börse zurückgezogen.

Das Kombinat VEB Jenapharm suchte nach der Wende einen Käufer und fand ihn in der Gehe AG. Später wurde der Betrieb durch die Schering AG übernommen. Das Unternehmen hat sich als Marktführer im Bereich der oralen Kontrazeptiva in Deutschland etabliert und gehört heute zur Bayer Pharma AG. Eine ganze Reihe pharmazeutischer Institute und Unternehmen haben sich im Umfeld angesiedelt.

Wacker Chemie AG und Schott Solar gründeten ein Gemeinschaftsunternehmen, das am 16. April 2008 ein Werk zur Herstellung von Silizium-Wafern für die Solarindustrie in Betrieb nahm. Nach dem Rückzug von Wacker Ende September 2009 beschäftigte SCHOTT Solar etwa 350 Mitarbeiter an dem Standort. Ende März 2012 wurde die Waferproduktion in Jena eingestellt.

Im Rahmen der BioRegio-Initiative mit dem Konzept „Bioinstrumente“ wurden zahlreiche Biotechnologieunternehmen gegründet. Unternehmen dieser Branche, die ihren Hauptsitz in Jena haben, sind Analytik Jena und CyBio. Biolitec cap seinen Hauptsitz nach Wien verlegt. Seit der Übernahme von Clondiag 2006 ist der Medizintechnikkonzern Alere in der Stadt vertreten. Die WACKER Biotech GmbH produziert therapeutische Proteine mit biotechnologischen Verfahren. Sie wurde 1999 unter dem Namen ProThera GmbH als Ableger des Hans-Knöll-Instituts in Jena gegründet und ist seit 2005 eine vollständige Tochter der Wacker Chemie AG.

Die Deutsche Effecten- und Wechsel-Beteiligungsgesellschaft AG (kurz: DEWB), eine ehemalige Tochtergesellschaft der Jenoptik AG, die sich auf die Finanzierung und Entwicklung junger Unternehmen auf dem Gebiet der optischen Technologien und der Sensorik spezialisierte, hat ihren Hauptsitz in Jena. Die Sparkasse Jena-Saale-Holzland ist das größte Finanzunternehmen mit Sitz in der Stadt.

Jena gilt als eines der Zentren im Bereich des Elektronischen Handels in Deutschland. Intershop entwickelte sich seit Mitte der 1990er Jahre als einer der Vorreiter in der Entwicklung von Onlineshops. Nach dem Platzen der Dotcom-Blase verlor das Unternehmen jedoch wesentlich an Wert. Neben Internetagenturen sind weitere Unternehmen wie ePages mit Hauptsitz in Hamburg, T-Systems Multimedia Solutions, ESET und Demandware in der Stadt vertreten.

Im Bereich Sicherheitstechnik cap der US-amerikanische Cross-Match-Technologies-Konzern seit der Übernahme der britischen Smiths Heimann Biometrics-Gruppe (SHB) im August 2005 eine Zweigstelle in Jena. Zudem ist Jena wichtiger Standort der Rüstungsindustrie, die sich vor allem im Bereich der optischen Betriebe etabliert hat. Schon vor 1990 act Carl Zeiss Jena in diesem Bereich tätig. Zeiss produziert Zielgeräte und andere militärische Ausrüstungsgegenstände.

Jena-Optronik, eine EADS/Astrium-Tochter, die bis 2010 zu Jenoptik gehörte, entwickelt Sensoren für Satelliten und Sonden sowie Instrumente zur Erdbeobachtung und Erkundung des Weltalls.

Unter dem Dach der Holding Stadtwerke Jena GmbH sind mehrere kommunale Betriebe angesiedelt. Strom-, Gas- und Fernwärmeversorgung sowie weitere Dienstleistungen stellen die Stadtwerke Energie Jena-Pößneck GmbH bereit. Den Straßenbahn- und Busverkehr innerhalb der Stadt betreibt die Jenaer Nahverkehr GmbH. Mehrere Bäder werden von der Jenaer Bäder und Freizeit GmbH betrieben. Der größte Wohnungsanbieter in Jena und Blankenhain mit etwa 14.000 Wohneinheiten, die Jenawohnen GmbH (zuvor SWV GmbH), gehört ebenfalls zum Verbund.

Mit etwa 6200 Wohnungen ist die 1954 gegründete Wohnungsgenossenschaft Carl Zeiss e. G. der zweitgrößte Vermieter in Jena und Umgebung.

Die an der „Thüringer Städtekette“ nebeneinander aufgereihten Städte Jena, Weimar und Erfurt arbeiten bei aller Konkurrenz seit der Vorbereitung zum Kulturstadtjahr „Weimar 99“ in ausgewählten Bereichen zusammen. Ein markantes Ergebnis dieser Kooperation ist der Verbundtarif zur Nutzung (fast aller) Busse, Straßenbahnen und DB-Züge in der Region mit nur einem Fahrschein. Die Kooperation wurde 2005 durch ein neues ImPuls-Regionalkonzept auf Bereiche jenseits von Tourismus und Nahverkehr ausgedehnt. Zu den gesamtregionalen Zielen gehört vor allem die wirtschaftliche Zusammenarbeit unter der Marke „Erfurt-Weimar-Jena Die ImPuls-Region“, die außer den genannten Städten auch den Landkreis Weimarer Land mit einschließt.

Die „Leitlinien Mobilität in Jena 2030“ wurden am 14. Februar 2018 durch den Stadtrat beschlossen. Sie bilden die Grundlage für die weitere Verkehrsentwicklungsplanung in Jena bis 2030.

Jena verfügt im Stadtgebiet über drei Bahnhöfe sowie zwei Haltepunkte und ist ein Bahnknotenpunkt. Hier kreuzen sich die Saalbahn und die Bahnstrecke Weimar–Gera, „Mitte-Deutschland-Verbindung“.

Alle Züge in Ost-West-Richtung verkehren über den Bahnhof Jena-Göschwitz und den Bahnhof Jena West. Die Verbindungen in Nord-Süd-Richtung führen über den Haltepunkt Jena-Zwätzen, den Saalbahnhof, den Haltepunkt Jena Paradies und ebenfalls den Bahnhof Jena-Göschwitz, wo sich die beiden Bahnstrecken treffen. Im Bereich zwischen Göschwitz und der Ringwiese lawsuit in den 1970er und 1980er Jahren ein Hauptbahnhof geplant, der jedoch nie über das Planungsstadium hinaus kam.

Bis 2001 wurde der Saalbahnhof als Fernverkehrshalt Jenas genutzt, ehe er vom Haltepunkt Jena Paradies als solchem abgelöst wurde. Am 12. Juni 2005 wurde dort ein neues, modernes Empfangsgebäude eröffnet, das die im Rahmen des Umbaus genutzten provisorischen Holzbahnsteige ablöste. Jena Paradies wurde im Stundentakt von ICE auf der Relation von Berlin über Leipzig und Nürnberg nach München angefahren. Diese Züge werden seit Fertigstellung der Neubaustrecken Leipzig/Halle–Erfurt und Erfurt–Nürnberg im Dezember 2017 über Erfurt und somit nicht mehr über Saalfeld und Jena geführt.

Im Regionalverkehr sind unter anderem Weimar, Erfurt, Göttingen, Gera, Glauchau, Rudolstadt, Saalfeld (Saale), Lichtenfels, Pößneck, Blankenstein, Großheringen, Naumburg (Saale) sowie mittels eines Regionalexpress Bamberg und Nürnberg direkt erreichbar.

Durch das südliche Stadtgebiet führt in West-Ost-Richtung die Bundesautobahn 4 (Frankfurt am Main –) Erfurt – Chemnitz – Dresden – Görlitz. Die Stadt ist über die Anschlussstellen Jena-Göschwitz und Jena-Zentrum erreichbar. Ferner führen die B7 und die B88 durch Jena.

Für das Jahr 2009 erfasste die Polizei 2779 Straßenverkehrsunfälle, davon 362 mit Personenschaden. Der gesamte Kraftfahrzeugbestand betrug 45.920, davon waren 40.782 Personenkraftwagen.

In Jena kreuzen sich zwei Radfernwege – der Saale-Radweg und der Radfernweg Thüringer Städtekette. Beide sind Teil des sogenannten Radnetz Deutschland von 12 Fernradwegen, die im Nationalen Radverkehrsplan 2002–2012 der Bundesregierung ausgewiesen sind. Der Saale-Radweg ist Teil der Ostsee-Oberbayern-Route. Der Radfernweg Thüringer Städtekette ist Teil der Mittelland-Route, die von Aachen (aus Westeuropa kommend) bis Zittau (und weiter nach Osteuropa) führt. Durch Jena führen auch der Thüringer Mühlenradweg und der Kirchenradweg Jena – Thalbürgel.

Der Anteil des Fahrradverkehrs am gesamten Verkehrsaufkommen in der Stadt (Modal Split) liegt bei 9 Prozent und soll in den nächsten Jahren 15 Prozent erreichen. Nach Ergebnissen des „Systems der repräsentativen Verkehrsbefragungen“ (SrV) von 2009 und 2013 hat Jena deutschlandweit eine Spitzenposition inne im Anteil des Fußverkehrs (38 Prozent) mit steigender Tendenz seit 2003, während der motorisierte Individualverkehr (MIV) im Modal Split auf 34 Prozent gefallen ist.

Die Omnibuslinie Apolda–Jena, die am 5. September 1909 den fahrplanmäßigen Verkehr aufnahm, ist die älteste regelmäßige Kraftverkehrsverbindung zwischen zwei Thüringer Städten. Der ÖPNV wird durch Straßenbahn- und Buslinien der Jenaer Nahverkehr GmbH (JeNah) erbracht. Neben dem Spätverkehr auf den meisten dieser Linien wird an allen Wochentagen zwischen ca. 0 Uhr und 4 Uhr ein Nachtverkehr auf einer Straßenbahnlinie im 30- oder 40-Minuten-Takt angeboten. Einige Ortschaften können nur mit Regionalbus-Linien der JES Verkehrsgesellschaft mbH, der Personenverkehrsgesellschaft mbH Apolda (PVG) oder der Omnibusverkehr Saale-Orla-Rudolstadt GmbH (OVS) erreicht werden, was aber oftmals nur montags bis freitags bzw. an Schultagen morgens und nachmittags möglich ist. Ende der 1960er-Jahre wurde der Bau einer Alwegbahn geplant, wofür Technik aus der BRD hätte importiert werden müssen. Wegen der Direktive „Störfreimachung vom Westen“ musste der Bau daher 1971 verworfen werden. Die aktuellen ÖPNV-Planungen sind im Verkehrsentwicklungsplan 2002 der Stadt Jena und im Nahverkehrsplan der Stadt Jena 2008–2012 enthalten.
Die Zahl der Einpendler aus dem Umland nach Jena ist in den letzten Jahren stark angestiegen, zwischen 2007 und 2017 um quick 6.000 Personen täglich. Etwa 46 Prozent der sozialversicherungspflichtigen Beschäftigten in Jena sind Einpendler, eine Herausforderung für den ÖPNV. Im Juni 2018 pendelten rund 26.100 Menschen zur Arbeit nach Jena bei rund 57.000 sozialversicherungspflichtig Beschäftigten; 11.284 Menschen pendelten aus Jena in das Umland.

Aufgrund mehrerer Staustufen ist die Saale bei Jena nicht mehr schiffbar. Früher exploit hier ein Anlegepunkt für kleinere Transportschiffe und das Holz aus dem Thüringer Holzland wurde durch Jena geflößt.

Östlich der Stadt befindet sich der Verkehrslandeplatz Flugplatz Jena-Schöngleina, der ausschließlich für die Allgemeine Luftfahrt genutzt wird. Der Flugplatz verfügt über eine 1170 m Asphaltlandebahn und eine querliegende 610 m Grasbahn. Die nächsten Landeplätze mit Linienverkehr sind Leipzig/Halle, Erfurt-Weimar und Nürnberg.

In Jena gibt es Lokalredaktionen der Tageszeitungen Ostthüringer Zeitung (OTZ, hervorgegangen aus dem Zentralorgan der SED im Bezirk Gera („Volkswacht“)) und der auflagenschwächeren Thüringische Landeszeitung (TLZ). Beide gehören der Mediengruppe Thüringen (Funke-Mediengruppe Essen) an. Im wöchentlichen Rhythmus wird das werbefinanzierte Anzeigenblatt Allgemeiner Anzeiger herausgegeben, das über eine eigene Redaktion in Jena verfügt. Außerdem erscheinen an der Friedrich-Schiller-Universität Jena, der Ernst-Abbe-Fachhochschule Jena und an einigen Gymnasien die Studentenzeitungen Akrützel, Die Wurzel und Unique. Seit August 2008 erscheint das Stadtmagazin 07.

Weiter gibt es den Fernsehsender JenaTV, der seit 1998 Bewegtbildnachrichten in und aus Jena ins lokale Kabelnetz einspeist. Der Offene Kanal Jena, ein Radiosender, sendet seit 1998 auf 103,4 MHz (UKW) und im Kabel auf 107,90 MHz. Im Rahmen des Offenen Kanals sendet seit 2003 das Studentenradio von Universität und FH, das Campusradio Jena. Außerdem gibt es dort stadtweites Radioprogramm von Schülern für Jenaer Schulen.

Im Internet werden Jenaer Lokalnachrichten von OTZ.de, TLZ.de, jenanews.de (Juli 2007 bis August 2012) und Jenaer Nachrichten (seit Herbst 2011) präsentiert. Tagesaktuelle Nachrichten werden auf jenapolis.de (seit Frühjahr 2009) veröffentlicht.

In Jena befindet sich eine Dienststelle des Deutschen Patent- und Markenamts, dessen Hauptsitz sich in München befindet.

Neben dem Thüringer Oberlandesgericht, das seit 1993 wieder in Jena angesiedelt wurde, hat die Thüringer Generalstaatsanwaltschaft ihren Sitz im Justizzentrum Jena. Im Justizzentrum befindet sich ebenfalls das Amtsgericht Jena. Mit Wirkung ab dem 1. Januar 2014 wurde das ehemals eigenständige Arbeitsgericht Jena mit dem Arbeitsgericht Gera zusammengelegt.

Jena ist mit der Friedrich-Schiller-Universität die einzige Stadt im Freistaat Thüringen mit einer Volluniversität. Daneben beherbergt die Saalestadt mit der Ernst-Abbe-Hochschule Jena eine weitere wichtige überregionale Bildungseinrichtung. In Jena werden knapp 21.000 Studenten ausgebildet (Stand Wintersemester 2020/2021). Im Umfeld der Universität und Fachhochschule haben sich mehrere Institute und kleine Optiktechnologie- und Biotechnologieunternehmen angesiedelt, die Grundlagenforschung betreiben oder medizinische Instrumente entwickeln. Viele akademische Institute und Startup-Unternehmen sind am Beutenberg Campus angesiedelt.

Jena gehört zum BioRegio-Verbund und betreibt ein Bioinstrumentezentrum zur Förderung von Biotech-Unternehmen. Mit dem Thema „Zukunft Licht“ gehört Jena zu den zehn deutschen Städten zum Treffpunkt der Wissenschaft im Wissenschaftsjahr 2009.

Für interessierte Laien gibt es unter anderem mit der Lichtwerkstatt eine offene Werkstatt und einen Krautspace genannten Hackerspace.

Hans Knöll entwickelte 1942 im bakteriologischen Labor des Jenaer Glaswerks Schott & Gen das erste labortechnische Verfahren zur Herstellung von Penicillin auf dem europäischen Kontinent. 1953 gründete Hans Knöll das Institut für Mikrobiologie und Experimentelle Therapie, aus dem das Hans-Knöll-Institut (HKI) hervorging, das später in Leibniz-Institut für Naturstoff-Forschung und Infektionsbiologie – Hans-Knöll-Institut (HKI) umbenannt wurde.

Insgesamt forschen in Jena rund 4500 Wissenschaftler. Mit Schwerpunkten in den Bereichen Optik und Photonik sowie Gesundheit und den Lebenswissenschaften orientiert sich die Forschung in Jena an wichtigen Zukunftsfragen, die für die Weiterentwicklung von Gesellschaft und Wirtschaft relevant sind. Die Profillinie „LIGHT LIFE LIBERTY“ der Friedrich-Schiller-Universität und der Slogan „where liveliness sciences meets physics“ des Beutenberg Campus dokumentieren die interdisziplinäre Forschung am Standort Jena. Zu den Forschungsschwerpunkten zählen u. a. Optik und Photonik, Infektionsforschung und Sepsis, sowie radical Materialien und Oberflächentechnik.

Begabtenförderung und Reformpädagogik haben in Jena lange Tradition. Es wurden und werden verschiedene Ansätze bezüglich naturwissenschaftlicher und geisteswissenschaftlicher Schulen verfolgt.

Mitte des 19. Jahrhunderts wirkte der Pädagoge Karl Volkmar Stoy dort. Im Sommer 1853 zog er mit allen Schülern durch die Landschaft und erfand fittingly den Wandertag. Die von ihm 1844 gegründete Schule accomplishment eine der ersten mit angebauter Turnhalle. Die das Berufsschulzentrum Karl-Volkmar-Stoy-Schule trägt inzwischen seinen Namen. Anfang des 20. Jahrhunderts gründete Hermann Pistor eine Fachschule für Augenoptik; der Pädagoge Peter Petersen entwickelte das Jena-Plan-Modell an der Universität und in einer eigenen Universitätsschule.
Die erste deutsche Montessorischule wurde zu Pfingsten 1923 in der ehemaligen Grundschule von Wenigenjena gegründet. Sie bestand bis 1929 und wurde von der nationalsozialistisch geführten Landesregierung von Thüringen geschlossen.

Das Spezialgymnasium Carl-Zeiss ist ausgerichtet auf Mathematik und Naturwissenschaften. Besonderer Wert wird seit der Gründung 1963 auf die selbstbewusste und umfassende Auseinandersetzung mit diesen Gebieten gelegt. Die Schule machte durch Erfolge auf nationaler und internationaler Ebene in Naturwissenschafts-Wettbewerben wie zum Beispiel der Mathematikolympiade, dem Bundeswettbewerb Informatik oder der Internationalen Chemieolympiade auf sich aufmerksam.

Neben der Jenaplan-Schule, die gleich nach der Wende im Ziegenhainer Tal wiedererstand und 2006 einer der Träger des Deutschen Schulpreises war, gibt es auch wieder eine Montessorischule in Jena. Zudem existieren eine Freie Waldorfschule im Süden und eine Europaschule im Stadtteil Alt-Lobeda. Die Integrierte Gesamtschule „Grete Unrein“ Jena entstand 1991 als ein Sondermodell mit der Umwandlung der Erich-Weinert-Schule an der Leutra zur Grundschule.

Das Johann-Christoph-Friedrich-GutsMuths-Gymnasium cap als Schwerpunkt den Bereich Sport. Unter landeskirchlicher Trägerschaft steht das Christliche Gymnasium Jena. Ein weiteres Gymnasium ist das Ernst-Abbe-Gymnasium. Derzeit werden die Realschule Ostschule und das Adolf-Reichwein-Gymnasium im Gebäude des Gymnasiums zu einer Kooperativen Gesamtschule vereint. Grund dafür sind die zurückgehenden Schülerzahlen. Im Gebäude der Ostschule ist seit November 2006 das Angergymnasium untergebracht. Des Weiteren gibt es das Otto-Schott-Gymnasium, das einen bilingualen Unterricht anbietet, in Lobeda-West.

Das Universitätsklinikum Jena ist das einzige Universitätsklinikum in Thüringen. In Standorten in Lobeda, an der Bachstraße und im Landgrafengebiet befinden sich 26 Kliniken und Polikliniken mit insgesamt 1375 Betten. Das Klinikum ist ein Krankenhaus der Maximalversorgung und gleichzeitig Lehrkrankenhaus der Universität Jena. Im Jahr 2013 wurde das Ambulante Reha Zentrum (ARZ) in Jena eröffnet. Es gehört zur Klinikgruppe der Gräflichen Kliniken Bad Driburg und cap sich auf die Fachbereiche Neurologie und Orthopädie spezialisiert. Das hauseigene Gesundheits- und Präventionszentrum bietet vielfältige Angebote in den Bereichen Ernährung, Bewegung und Entspannung. Die ansässigen Praxen für Ergotherapie, Physiotherapie und Logopädie komplettieren das reichhaltige Gesundheitsangebot.

Die Feuerwehr Jena gliedert sich in eine Berufsfeuerwehr mit knapp 120 Mitarbeitern sowie 15 Freiwillige Feuerwehren. Gemeinsam bewältigen die aktiven Einheiten rund 2000 Einsätze im Jahr, wovon etwa 15 Prozent in den Bereich der Brandbekämpfung fallen.

Am nahegelegenen Flugplatz Jena-Schöngleina ist der mit Ärzten des Universitätsklinikums Jena besetzte Rettungshubschrauber Christoph 70 stationiert. Die Integrierte Leitstelle Jena koordiniert den in Bad Berka stationierten Intensivtransporthubschrauber Christoph Thüringen.

Jena wurde in den 1930er Jahren bei der Aufrüstung der Wehrmacht Garnisonsstadt. In Zwätzen wurde eine Infanterie- und in Löbstedt eine Artilleriekaserne für das Heer erbaut. Im Jenaer Forst entstand eine Unterkunft für die Flakartillerie; außerdem im nahegelegenen Rödigen ein Fliegerhorst der Luftwaffe. Die Einrichtungen in Zwätzen, Löbstedt und dem Forst wurden nach 1945 bis zum Abzug 1991/92 von den sowjetischen/russischen Truppen und die in Rödigen von der Nationalen Volksarmee belegt.