西湖区位于杭州市西部。东以莫干山路、环城西路、西湖、万松岭、将台山、玉皇山、大慈山、白塔山与拱墅区、上城区为界；东南濒钱塘江与滨江区、萧山区隔江相望；西北与余杭区毗邻；西南以如意尖、午潮山等山脉与富阳区相接。辖区东西最大距离17.54千米，南北最大距离30.88千米。总面积312.43平方千米，其中陆地面积293.55平方千米，占94.0%；水域18.88平方千米，占6.0%。

本区地域西部与中部高，山脊走向呈横趟的丁字形，为天目山余脉，多为海拔300米以下的丘陵。峦峰凝翟，植被丰富，山间溪涧淙淙，风光秀丽。北部与南部为平原，河流纵横。钱塘江自南而北曲折而下，烟波浩瀚，具航运、灌溉、养殖之利。境北的余杭塘河横贯东西，新开运河纵贯南北。西湖三面云山一面城，是著名游览胜地。全区平原与山地各占一半左右，俗称五山四地一分水。