海淀區(qū)的南部在北二環(huán)馬路的中心線，北部在北六環(huán)附近。

海淀區(qū)位于北京城區(qū)和近郊區(qū)的西部和西北部，與朝陽區(qū)、西城區(qū)、宣武區(qū)、豐臺區(qū)、石景山區(qū)、門頭溝區(qū)和昌平區(qū)接壤，區(qū)域面積為426平方千米，約占北京市總面積的2.53%。轄區(qū)呈不規(guī)則平行四邊形，東、西兩邊長于南、北兩邊。東極點(diǎn)河北村與西極點(diǎn)陽臺山相距約29千米，北極點(diǎn)雙塔村與南極點(diǎn)吳家場相距約30千米。

海淀區(qū)大地構(gòu)造上處于陰山東西復(fù)雜構(gòu)造帶南緣、祁呂一賀蘭山字形構(gòu)造東翼反射弧與新華夏構(gòu)造帶交接部位，西部山區(qū)為北京西山隆起帶，東部平原為北京平原沉降帶，地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育、構(gòu)造形跡復(fù)雜，巖漿活動(dòng)頻繁。

海淀地區(qū)除缺失太古界、震旦亞界、上奧陶統(tǒng)、志留系、泥盆系、下石炭統(tǒng)、白堊系地層外，其余從寒武系到第四系地層均有分布，巖性較齊全，沉積巖、巖漿巖、變質(zhì)巖三大類均有出露。