东西湖区地处长江左岸，武汉市的西北近郊，汉江、汉北河及府环河汇合之处。位于北纬30°34′--30°47′，东经113°53′--114°30′之间，是古云梦泽的一部分。境域自姑嫂树向西沿张公堤至舵落口接汉江干堤至新沟，再接旧府河堤至辛安渡，东北沿沦河、府河（又名捷泾河）经北泾嘴、黄花涝、大李家墩至戴家山，全境东西长38公里，南北宽22.5公里。总面积499.71平方公里（勘界后的幅员面积）。
　　全境三面环水，一面紧靠张公堤。长江最大的支流，发源于陕西宁强县的汉江（又名襄河）从新沟镇入境，流经西南侧，在境内全长35.3公里，年平均过境水量557亿立方米（湖北省水文总站1984年资料），盛涨时每年由新沟倒灌经辛安渡入湖区。发源于随州大洪山北麓的府河（又名?水）1959年改道前，其主流向南流至辛安渡后分两支，一支向东北流，称沦河，一支向南流仍称府河，至新沟入汉江转注长江。?水俗称县河，与沦河相会后入捷泾河，经东西湖境由谌家矶入长江。府河改道后流经区境东北侧，过境长度38.5公里。经谌家矶流入长江，年平均过境水量为47.1亿立方米。起自天门万家台的汉北河（1969--1970年原天门河下游改道后的一条人工河），流域总面积为6304平方公里，在新沟镇过境，长7公里，通过新沟闸入汉江。其支流流经汉川民乐闸，经过区境15公里，通过东山头大闸下泄府河，泄洪量分别是1200m3/s、800m3/s，共2000m3/s。
　　1957年东西湖围垦前，长江在五月份高涨时，由谌家矶沿捷泾河倒灌入东西湖，其顶托的范围可达朱湖和?水的李家窑，倒灌止于十月或十一月。??二水，山洪下注受长江顶托，宣泄不畅，亦停蓄湖区，故每年高水位时除部分丘陵、高地、吴家山（海拔71.1米），柏泉山（海拔67.6米）、睡虎山（海拔56米）及原汉宜公路（现汉渝铁路）以南至汉江干堤52.8平方公里的狭长地区以外，其余446平方公里的地区全是一片汪洋泽国，并与东北部之杨马湖、朱湖、野猪湖及东部之童家湖连成汪洋一片，面积约达570平方公里。
　　1958年围垦工程，在三面围以大堤，全长94公里（其中新修围堤53.57公里，加高培40.43公里），改变了原来的地理状况，形成了独立的内湖水系。区境内原来较多湖泊和纵横沟渠，经过多年改造治理，西湖已不复见，东湖大部分老河旧港也已先后改造为精养鱼池。