集美區位於福建省廈門市西北部，北緯24°25′～24°46′，東經117°57ˊ～118°04′，西北與漳州市長泰縣交界，東北與同安區接壤，西南與海滄區毗鄰，南與廈門島隔海相望。區行政中心駐集美街道岑東路168號。
集美原名“潯尾”，以地處潯江之尾而得名，至明代雅化為“集美”。2016年，集美區轄灌口、後溪2鎮和集美、杏林、僑英、杏濱4個街道。境域東至僑英街道東安前佔社，西至灌口鎮深青村，北抵尖母侖山界，南至馬鑾；長24.4千米，寬19千米，面積275.79平方千米，呈箭頭狀指向西北。
集美區有濱海低山、丘陵、臺地、平原、灘塗等多種地貌類型，地勢西北高，東南低。山地分佈於西、北、東部與長泰、同安交界處，為海拔500米～1000米的低山和中山。高丘陵多分佈在西部，海拔300米～500米，坡度20度～30度，主要為花崗岩和火山岩。低丘陵多分佈於東、西界山附近，海拔200～300米，坡度15～25度，丘頂呈渾圓狀。臺地海拔50～200米，地表起伏，坡度平緩，零星分佈於苧溪、許溪中游地帶。平原主要分佈於南部海岸沿線，海拔皆在50米以下，可分為海蝕平原和海積平原。平原外側為海灘、沙洲和沙嘴。
集美區境山脈屬戴雲山脈與博平嶺的延伸部分，主要山脈相對集中在西北與長泰縣、東北與同安區交界處。主要山峰有62座，其中海拔800米以上山峰5座，500米～800米17座，300米～500米22座，100米～300米的低丘18座，最高峰為海拔963米的釘頂尾山。 集美區境山脈屬戴雲山脈與博平嶺的延伸部分，主要山脈相對集中在西北與長泰縣、東北與同安區交界處。主要山峰有62座，其中海拔800米以上山峰5座，500米～800米17座，300米～500米22座，100米～300米的低丘18座，最高峰為海拔963米的釘頂尾山。
嘉庚先生傾資興學，創辦的集美學村已逾百年，形成學前教育、小學、中學、大學的完整教育體系。2003年以來規劃建設的文教區，匯聚集美大學、華僑大學、廈門理工學院、中科院城市環境研究所等14所高校和科研院所，高校師生20萬餘人。鰲園、陳嘉庚故居、園博苑、誠毅科技探索中心、對臺研學旅行基地、廈門老院子、靈玲國際馬戲城、嘉庚劇院等串珠成線，初步打造全域旅遊品牌。龍舟唱晚、集美·阿爾勒國際攝影季、海峽兩岸龍舟文化節、全國汽車場地越野賽等品牌活動極大提升人文魅力。
集美區境的河流多發源於西部丘陵山地，具有河面狹、河床淺、支流少、流程短的特點。境內較長的河流有後溪（苧溪）、深青溪和瑤山溪。此外還有北溪引水工程集美段和阪頭水庫的左乾渠、右乾渠和高幹渠4條人工河流。後溪是境內最長的河流，發源於戴雲山脈與博平嶺山脈交界處的後寮侖山白帆嶺，源頭至後溪鎮段稱苧溪。與支流許溪匯合後稱作後溪，注入杏林灣水庫，全長23千米，流域面積209.3平方千米，河道平均坡降8.11‰。上游建有石兜水庫（庫容8500萬立方米）和阪頭水庫（庫容558萬立方米），年供廈門市區工業和居民用水約4336萬立方米，灌溉農田1333公頃。
集美區海域為廈門西部海域和同安灣海域的一部分，面積約為40平方千米。海岸線起自東安村的後垵，經鳳林美、集美、杏林、高浦、馬鑾至陳井，全長21千米。集美半島和杏林半島東南岸（新陽大橋以東）為侵蝕海岸，馬鑾灣和杏林半島西南岸則為堆積型海岸。海域內有島嶼2個。集美區背山面海，各種土地類型自西北向東南呈階梯狀分佈。