北京海淀区的南部位于北二环，北部位于北六环。

海淀区位于北京城区西部和西北部，东与西城区、朝阳区相邻，南与丰台区毗连，西与石景山区、门头沟区交界，北与昌平区接壤，总面积431平方千米。

海淀区大地构造上处于阴山东西复杂构造带南缘、祁吕一贺兰山字形构造东翼反射弧与新华夏构造带交接部位，西部山区为北京西山隆起带，东部平原为北京平原沉降带，地质构造发育、构造形迹复杂，岩浆活动频繁。

海淀地区除缺失太古界、震旦亚界、上奥陶统、志留系、泥盆系、下石炭统、白垩系地层外，其余从寒武系到第四系地层均有分布，岩性较齐全，沉积岩、岩浆岩、变质岩三大类均有出露。