溪与东区相隔，北以廍仔坑溪与北屯区为界，西南部以三汀山丘陵（部分为九九峰自然保留区域）和大里区、雾峰区紧邻。全区4/5面积为山地区域（其中60%为三汀山丘陵区），95%人口集中在该区西部的台中盆地上。境内的河川主要有旱溪、大里溪（支流:廍仔坑溪）、头汴坑溪（支流:北坑溪、东汴坑溪、浊水坑溪、清水坑溪）以及草湖溪等，均为大肚溪支系大里溪上游；位于一江桥东北方500公尺山上的大潭仔，为本区唯一的湖泊。气候为亚热带季风气候，年平均温度约为摄氏20-22.3度，年平均相对溼度为77%，年平均降雨量为1,642（