汐止區面積71.24平方公裏，居新北市各區之第九位。
汐止位於臺北盆地外緣東南隅，南邊以南港山脈與平溪、石碇兩區為鄰：北邊以五指山山脈與萬裏區、臺北士林區、內湖區相鄰；東鄰基隆市七堵區；西南以河川與南港區為界。四面環山，且交通便利，近年已成為大臺北地區熱門的健行登山路線。 汐止區為低緯度地區，屬中原標準時區，由以下地理疆域資料可詳見汐止之經緯度位置：
極東：東山裏東南角，東經121度43分。
極西：八連裏西北角，東經121度36分，東西***跨經度7分。
極南：白雲裏南界角，北緯25度2分。
極北：烘內裏東北角，北緯25度9分，南北***跨緯度7分。 汐止區地勢南北高，中央低，河岸階地海拔平均僅9米，市內除基隆河兩岸為較大之河谷平原之外，其余多為坡度百分之卅以上之山坡地。基隆河由汐止區之東蜿蜒西流，南北高山夾峙，基隆河貫穿其中。
汐止區四面環山，接鄰內湖、基隆七堵、南港、石碇、平溪、萬裏、士林等周圍山區。其境內山脈皆未到達壹千米，大部份山高多位於三百至六百米之間，東西走向為主；是為小型山系。
西北方為五指山山脈，最高峰為五指山（車坪寮山），海拔高度為六九九米，形成瑪煉溪與基隆河的分水嶺。東南方為南港山脈，而南面山地屬大尖山系，最高峰為姜子寮山，海拔高度為七二九米。 基隆河水量豐沛，平均全年逕流量為1723.8百萬平方米，因此切割山脈厲害。而位於中遊的汐止，亦由主幹流基隆河及保長坑溪、茄苳溪、康誥坑溪、大坑溪、內溝溪、叭?溪、北港溪、橫科溪等八大支流註入沖積、切割而形成蜿蜒河谷平原及瀑布。基隆河在汐止境內之大小支流***14條。
基隆河右岸支流由西向東排序為內溝溪、草濫溪、北峰溪、叭?溪、北港溪、無名溪、鄉長溪。基隆河左岸支流由西向東排序為大坑溪、橫科溪、下寮溪、康誥坑溪、智慧溪、禮門溪、茄苳溪、保長坑溪。 汐止區位居臺北盆地外緣之東南隅，為臺北盆地與東部盆地交接之處。因此雖屬臺灣北部氣候區，但卻易受基隆地區之東北氣候區的影響。汐止區之有效溫度大部分屬於副熱帶季風氣候區。氣候之特征為東北區與西南區之過渡性質，夏季雨量稍微多於冬季，本區冬季因當大陸及地氣團南下之沖，故氣溫較低。
臺灣的臺風主要是發生於七、八、九月，其中尤以八月份最多，每因狂風暴雨而成巨災，直至科技發達的今日亦不例外。汐止區以前由於缺乏有系統之排水路，只能依賴天然溝渠以及道路側溝排水，由於溝面狹小，經常淤積；而汐止屬於相對低窪地區，豪雨壹來容易釀成水災。
汐止二十年來的嚴重水災：1987年琳恩風災（臺北市、汐止嚴重水災）、1996年賀伯風災（新北市淹水、南投土石流）、1997年溫妮風災（林肯大郡倒塌）、1998年瑞伯風災（汐止大淹水）、2000年象神風災（汐止、基隆大淹水）、2001年納莉風災（古臺北湖重現，新北市市史上最嚴重水災）。
納莉之後的臺風，汐止各地幾乎沒有大淹水，最嚴重就是路面積水，也不超過50厘米。主因是瑞芳的員山子分洪道完工，只要基隆河水位達到六十二點五米，水流即會流過側流堰進入沈砂池；水位若持續上升至六十三米溢過攔河堰，就會進入分洪隧道流入外海，不必再借由人工開挖的方式分洪。更因此改變了汐止每逢臺風必淹的窘況。 汐止區雖然隸屬於新北市，但位於臺北市與基隆市之間，離新北市主要市區較遠，和新北市政府所在地板橋區中間隔了壹個臺北市，導致汐止生活型態和臺北市反而比較接近。
汐止多山、多河，平原與丘陵地並不多，因此汐止的人口分布，除了沿基隆河岸區域之外，有不少人居住在山坡地，且大多為人為開發填築，造成了擁有許多大型山莊別墅的特殊現象。 例如:伯爵山莊,白馬山莊,水蓮山莊,林肯大郡,瓏山林社區,水晶山莊,臺北小別墅,東湖山莊等。