平鎮區位於桃園市中央偏南，東與八德與大溪區為鄰，南為龍潭區，西為楊梅區，北毗鄰中壢區；外形輪廓狀似「麒麟」，全區畫分為46里，總面積4775.32公頃，約占桃園市總面積二十五分之一，南北長約11公里，東西寬約9公里，最東端在中正里，最南端為東勢里霄埤，最西端為雙榮路，最北端為雙連里中央大學北側樹林子。
本區的地理環境及地形方面屬桃園臺地群中的楊梅面、大崙面及中壢面之一部。地質方面主要為紅土及礫土構成的「中壢層」及現生河床沖積層。有老街溪及新街溪兩條小溪貫穿切過臺地，流量平日均不大，不致造成水災。土壤方面多為沖積土。氣候溫暖濕潤，年平均雨量在2,800-2,900公釐之間，全年相對濕度75%-88%之間，四季多雨，夏熱冬暖，夏秋季有颱風，春末夏初有梅雨季。