投县信义乡，东邻台湾省台东县海端乡、花莲县卓溪乡，西邻那玛夏区、甲仙区、六龟区、台湾省嘉义县阿里山乡，南接茂林区，为高雄市人口密度最低、面积最大的区，亦为全国面积次大的市辖区，在全国所有三级行政区之中，人口密度全国最低，面积则高居全国第六。该区另有一飞地—建山里，位于该区西偏南侧，被六龟区、甲仙区环绕。桃源区系直辖市山地原住民区，为具有公法人地位的地方自治团体，区内居民以台湾原住民布农族为主，亦有少数拉阿鲁哇族及排湾族。
历史.桃源区旧时被原住民称之为「加拉勐」（嘎拉凤）。