西塞山区位于黄荆山东北麓，地处东经115°12′—115°06′，北纬30°08′—30°12′，东起河口镇牯牛洲，与阳新县韦源口镇交界，西止白塔岩，与下陆区和团城山开发区为邻，南依黄荆山，与大冶市汪仁镇相连，北与黄冈市的浠水县、蕲春县隔江相望，西北与黄石港接壤。辖区全境东西长22.9公里，南北宽9.945公里，总面积112.47平方公里。
西塞山区大地构造单元属扬子准地台，在幕阜山低山丘陵区与江汉平原区的过渡地带，地貌为褶皱残山、丘陵，海拔150-450米之间。境内主要山脉为黄荆山和大老山，均为幕阜山余脉、南山头支脉。黄荆山近东西走向，东端与大老山余脉相连，西止于下陆牛角山谢季岩。大老山为东南走向，从月亮山起向东南方向延伸，直达大冶湖边。两处山脉统称黄荆山脉。全长24公里，宽约2.5-3.5公里，总面积月70平方公里，有大小山头400余个。
西塞山区地处中纬度，太阳辐射季节性差别大，远离海洋，陆面多为矿山群，春夏季下垫面粗糙且增湿快，对流强，加之受东亚季风环流影响，气候特征为冬冷夏热、四季分明，是典型的亚热带东亚大陆性气候。年平均气温17℃，无霜期年平均264天，年平均降水量1382.6毫米，年平均降雨日132天左右，全年日照1666.4-2280.9小时，占全年月日可照射时数的31℅-63℅。境内多东南风，年平均风速为每秒2.17米。全境气候温和、湿润，冬寒期短，水热条件优越，境内湖泊多，有磁湖、夏浴湖、游贾湖、和平湖等大小湖泊9个，承雨主要通过大冶湖、磁湖、夏浴湖注入长江。
西塞山区属亚热带常绿阔叶林区，植被种类繁多，已知的主要植被种类有：裸子植物7科18属30多种，被子植物150多种300余属2000余种，蕨类植物有18科30多属60余种，还有藻类、菌类、地衣、苔藓等各类植物。全市被子植物占绝对优势，其中又以菊科、禾木科、豆科、十字花科、蔷薇科、葫芦科、苋科、毛莨科等植物品种为最多。
