与香港元朗区一水相隔（后海湾）。地理坐标大致位于北纬22°26'至33'，东经113°50'至114°之间。南山区拥有长约40公里的海岸线，是典型的滨海城区。南山区地势北高南低。北部西丽一带是以羊台山和塘朗山为中心形成的高低丘陵，南部南头、华侨城、南头半岛（除大、小南山）一带主要是低平的台地、阶地、平原和海滩。西丽水库区至沙河入海口是一条狭长的谷地，呈台地和冲积平原地貌。南山区地面坡度和缓，海岸线长而平直，泥滩宽广且扩展较快。
历史.在南山发现的月亮湾新石器时期遗址，证