武江区位于广东省北部，韶关市境内的武江、北江河以西。坐标北纬24°42′00″—24°48′00″，东经113°06′00″—113°34′00″。东与浈江区隔河相望，南与曲江区白土镇接壤，西与乳源瑶族自治县大布、东坪、乳城、一六镇毗邻，北与乳源桂头镇相连。辖区总面积677.85平方千米。

武江区域内的地质地层以沉积岩为主。受粤北“山”字形地质构造影响，区内褶皱和断裂极其发育，以古生代地层形成的紧密背斜核部为主，北北东向构造是主要方向，次级构造也较为发育。褶皱构造包括北部的大岗头向斜、中部的天子岭背斜和南部的芙蓉山向斜，均属于断褶带内曲江复向斜的次褶皱带。地貌以丘陵地带、冲积小平原及高山奇峰为主。区境地势北高南低、西高东低，海拔多在55至200米，坡度约30度。江湾镇境内的大东山主峰海拔1390米，是武江区最高山峰；依次有江湾镇枫岭头海拔1100米，龙归镇凤田黄茂堂海拔941米，西河镇境内的圆子背肩山海拔1125.5米、大岗山海拔406米、天子岭海拔357米、芙蓉山海拔282米。最低点为武江河河床，海拔55米。

武江区地处南岭山脉南麓的盆地之中，地形犹如一只卧狮，东西长、南北窄，呈不规则多边形。区境东起市区武江河中心，西至江湾镇武洞、白石村，长56.75千米；南至与曲江交界的圆子背肩山，北至重阳镇大夫前村，宽17.8千米。主要河流有武江、北江、南水河、重阳河、锅溪河、韶西水、沐溪水、芙蓉水、沙山水。武江历史上曾称虎溪、武溪，发源于湖南省临武县三峰岭，途经坪石、乐昌、桂头，由浈江区犁市镇上朗流入该区重阳镇水口村，至北江桥下与浈江河汇合成北江河。武江河全长260千米，河床坡降0.906‰，在该区河段约16千米，河面宽150至200米，为Ⅶ级航道，通航能力为300吨级船舶。北江河古称“溱水”“肆水”“始兴大江”，发源于江西省信丰县石碣大茅山和湖南省临武县三峰岭，上游分别称“浈江”“武江”。北江流至佛山市三水区思贤滘与西江汇合，全长468千米，河床坡降0.398‰，多年平均流量1080立方米/秒。北江流经武江区西河、西联境内约12千米，河面宽150至350米，可通航为Ⅶ级航道，通航能力为300吨级船舶。

武江区地处北回归线以北，属亚热带湿润性季风气候，日照充足，雨量充沛，冬季多干冷的偏北风，夏季多偏南的暖湿气候。年平均气温20.3℃，年平均湿度为52％，年平均日照时数1858小时，年太阳总辐射111.5千卡/平方厘米，年平均雨量为1537.4毫米。入汛期为每年4月中旬至7月下旬。春季冷暖季风交替频繁，多为低温阴雨天气；夏季火热酷暑，雨量多且集中；秋季秋高气爽，昼夜温差大，降水量少；冬季雨量减少，天气寒冷，年无霜冻期305天。历史上曾发生多次灾害，如2005年秋旱严重；2006年7月15日遭百年一遇洪灾；2008年1月遇80年一遇雨雪水灾；2013年5月16日和8月15日大部地区遭遇重大洪涝灾害。

武江区耕地面积6826.35公顷，林地48693.07公顷，森林蓄积量382.54万立方米，森林覆盖率70.24%。辖区矿产资源较为丰富，但储量较少，共生、伴生矿较多，主要有煤矿、铁矿、铅锌矿、锡矿、钨矿、金矿、银矿、石灰石、高岭土、萤石矿等。铅锌矿主要分布在重阳镇；石灰石储量丰富、品质好，主要分布在西联镇、龙归镇、西河镇。萤石矿主要分布在龙归镇续源、江湾镇架锦坑。陶瓷矿主要分布在重阳镇、龙归镇。煤炭矿区有芙蓉山、田心、车角岭煤区，现已停采。武江区内野生动物种类繁多，主要分布于山区和丘陵地带。主要野生植物有维管束植物2349种，分隶207科877属，包括水果类38种、野生药用植物135种。武江丝茅姜是本地著名的农副产品，种植历史悠久，据光绪年间编写的《曲江乡土志》记载，当时武江区已开始种植。武江丝茅姜以“香”“辣”“渣少”闻名省内外，含有挥发性精油及辛味油，对身体非常有益。

武江区是粤北古邑，韶关博物馆珍藏有武江境内出土的汉代、三国、西晋、东晋文物。人文景观主要有唐朝宰相张九龄家族墓、宋朝尚书余靖墓和蓉山古刹。有南昌起义军朱德部队旧址、八路军驻韶关办事处旧址、抗战时期中共广东省委遗址、青水塘和李子园炮楼等24处革命遗址。自然景观有广东韶关芙蓉山国家矿山公园、芙蓉山公园、芙蓉仙洞、沐溪水库、石背窝水库和江湾温泉等。辖区内还有不可移动文物167处。沐溪水库湖水碧绿，蔚为壮观，泛舟遨游，闲来垂钓，别有一番诗情画意，是市民郊游的好去处，此处集会所、饮食、住宿、观光、游乐等多项旅游设施，成为郊游的新亮点。