桃源區位於高雄市東北端,為高雄市最北的行政區。
東鄰花蓮縣卓溪鄉、台東縣海端鄉。
西與高雄市六龜區、甲仙區及那瑪夏區毗鄰。
南接高雄市茂林區。
北與嘉義縣阿里山鄉及南投縣信義鄉為鄰。
本區南北長約六十二公里,東西寬約六公里,總面積為九二八.九八平方公里。