西湖区的地理界限明确，东侧与拱墅区、上城区接壤，东南部则与滨江区、萧山区隔着钱塘江遥遥相对，西侧与余杭区相连，西南侧又以如意尖、午潮山等山脉与富阳区相接。从东到西，西湖区的最宽距离为17.54千米，从南到北的最宽距离则达到了30.88千米，总面积为312.43平方千米，其中陆地面积占了293.55平方千米，占总区域的94.0%，而水域面积为18.88平方千米，占6.0%。西湖区的地形复杂多样，西部和中部地势较高，山脊走向呈横躺的丁字形，多为天目山余脉，植被丰富，丘陵连绵，山间溪流潺潺，景色宜人。而北部与南部则多为平原，河流纵横交错，钱塘江蜿蜒曲折，烟波浩渺，不仅具有航运、灌溉和养殖之利，余杭塘河横贯东西，新开运河则纵贯南北，进一步丰富了该地区的水利资源。