海淀区位置在北京城区和近郊区的西部和西北部。地跨北纬39°53′~40°09′,东经116°03′~116°23′。面积为426平方公里,约占北京市总面积的2.53%。
海淀区辖域,在1949年至1964年间进行过多次调整,划进划出,反复变动,与四届毗邻的各城区几乎都有边界的调整,直到1965年以后,才基本稳定下来。 到1995年,辖区分别与朝阳区、西城区、宣武区、丰台区、石景山区、门头沟区和昌平县接壤。
具体界线是:东以清河河道(清河大桥以东)、昌平路(清河大桥以南)与朝阳区相邻;东和东南方向自马甸桥起向西,沿北三环路、新街口外大街、西北护城河,绕过北京北站(属西城区),沿南长河、北京动物园西墙、向南沿三里河路经木樨地大桥、永定河引水渠,顺公安大学西墙与西城区交界;南沿莲花池东路南侧、莲花池西路东南侧,至吴家场向南形成一个尖角,再沿吴家场居民区西侧折向北,沿莲花河向西至玉泉路,与宣武区、丰台区接境;西南以玉泉路、七二一医院南侧、田村山南路南侧、廖公庄西侧、南辛庄西侧,向西北方向沿白塔山、香炉峰南坡、白石岗到克勤峪,与石景山区相邻;
西从克勤峪起,向西北方向沿打鹰洼、五台山、蘑菇帚、东山、锯齿山、马鞍山、萝芭地、阳台山,与门头沟区交界;西北、北和东北方沿大风口、小风口、老爷山西北侧,再向东经梁家园、后沙涧、辛力屯和双塔村等地北侧,沿北沙河河道,向南经昌平县老牛湾西侧、南沙河河道,再经袁家坟、小牛房、唐家岭和西二旗等村东侧,向东沿新都路、新都居民区、“建材城”、华都啤酒厂北侧,折向西南经西小口、黑泉、河北村东侧,与昌平县毗邻。辖区呈不规则平行四边形,东、西两边长于南、北两边。东极点河北村与西极点阳台山相距约29公里,北极点双塔村与南极点吴家场相距约30公里。