東京23区の北部に位置し、南北に細長い形状で、面積は20.59平方キロメートルと東京23区中第11位。
北は荒川および荒川放水路を隔てて埼玉県川口市、戸田市に、東は荒川区と隅田川を隔てて足立区に、西は板橋区に、南は文京区、豊島区に接する。尚、区南端から台東区の区界までは100m程の近距離にある。
田端の大部分と中里の一部はJR山手線の内側に位置する。都県境に接しつつ山手線内のエリアを共有しているのは、23区では唯一である。