大樹區北與旗山區接壤，西與燕巢區、大社區、仁武區、鳥松區相連，南接大寮區，東以高屏溪與屏東縣九如鄉、屏東市為鄰。

本區呈狹長狀，全區山地多平原少，山脈呈東西走向，以西側丘陵分水嶺為最高，海拔約200公尺，地勢西北較高並向東南面斜降至高屏溪。