红山区位于内蒙古自治区中东部、赤峰市中南部，介于东经118°50′~119°11′、北纬42°02′~42°21′之间，最东点为红庙子镇东南营子村东山，与元宝山区接壤；最南点为文钟镇南大营子村老爷梁、最西点为文钟镇西水泉村麒麟山，与喀喇沁旗毗邻；最北点为桥北街道哈达和硕村电台地，与松山区交界。

地形属内蒙古高原边缘，大兴安岭余脉围绕而形成的赤峰盆地南部，以浑圆丘梁和长梁为主，坡面凸缓，平均海拔高度600米左右。全区境内属半川丘陵区，呈平浅盆地状，自西向东倾斜。城区南部和东北部矗立着南山和红山，南山顶峰海拔815.9米，为境内最高处；红山海拔746米；区内最低处在红庙子镇东南营子村北侧英金河南岸，海拔519米。地势由四周向中间倾斜，起伏不大。

红山区属中温带、半干旱、大陆性季风气候区。年平均日照时数2821.5小时，年平均气温7.3~9.0 ℃，无霜期134天~173天，年均降水量381.5毫米。