石景山区位于北京市西部， 辖区东西宽约 12.25 公里， 南北长约 13 公里， 总面积85.74平方公里。东抵玉泉路， 与海淀区相连； 南至张仪村， 与丰台区接壤； 西濒永定河， 与门头沟区相邻； 北倚克勤峪 （曾称荐福山） ， 与海淀区搭界。

石景山区地形西北高东南低。北部为连绵起伏的山地、 属太行山北端余脉向平原的延伸部分， 有克勤峪、 天泰山、 翠微山、 青龙山、 虎头山等山峰40余座。山区约占全区总面积的三分之一。中部和南部为永定河冲积形成的微顷斜平原， 有海拔200米以下的石景山、 金顶山、 老山、 八宝山等残丘， 横亘其间。最高处为北部的克勤峪 ，海拔797.6米， 最低处为东部石槽东南的农田， 海拔仅58.1米。

石景山区地处永定河冲洪积扇顶部， 永定河为流经区境的唯一天然河流， 地下水资源比较丰富。石景山区矿泉水水源地占全市矿泉水水源地的5.88%， 另有甘泉12处， 其中八大处龙王堂龙泉为北京地区最佳泉水之一。

石景山区属暖温带半湿润半干旱大陆性季风气候， 四季分明。年平均降水量573.11毫米， 是华北地区降水量较多的地区之一。石景山区地质构造复杂， 新构造运动强烈。从山区到平原， 植被特征明显。福田寺、 衙门口、麻峪一带是土地肥沃的农业生产地区。

石景山地区地震、 干旱、 洪涝、 冰雹和虫害等自然灾害比较频繁， 其中以洪涝灾害最为突出。历史上， 永定河是海河水系中洪灾最多的一条河流， 从金代到新中国建立的近800年间， 永定河决口81次， 漫溢59次， 改道9次。新中国建立后， 在永定河上游修建官厅水库， 在三家店修建拦河坝等设施， 先后5次加固永定河左堤， 修建横贯本区中部的永定河引水渠， 源源不断地向市、 区工业、 农业和城市园林供水。由于进行系统的水利建设， 防汛得力， 洪涝灾害均未构成威胁。