门头沟区位于 北京西部，地处华北平原向蒙古高原过渡地带。它东、南与石景山区、丰台区、房山区接壤，西、北与河北省涞水县、涿鹿县、怀来县和北京市昌平区、海淀区为邻。门头沟区总面积为1447.85平方公里，下辖9个镇、4个街道办事处，常住人口约为39.6万人。
门头沟区地势西北高，东南低，山地切割严重，各岭脊之间形成大小沟谷300余条，地形呈锯齿状、阶梯状上升。气候属中纬度大陆性季风气候，春季干旱多风，夏季炎热多雨，秋季凉爽湿润，冬季寒冷干燥。
作为北京市的郊区，门头沟区不仅拥有丰富的自然景观，如三山（灵山、百花山、妙峰山）、两寺（潭柘、戒台）、一河（永定河）、一湖（珍珠湖），还有悠久的历史文化和优良的革命传统。此外，门头沟区还是北京西部的重要交通枢纽，历史上曾是西部山区斋堂川通往北京城的要道，如今仍是北京市的重要生态屏障和旅游景区。