大园区隶属台湾省桃园市。西临台湾海峡与福建省莆田市隔海相望（最近直线距离240公里），并拥有绵长之沙滩海岸。北临芦竹区，南接中坜区，西南与观音区相连，面积8,739公顷，占全市总面积7.16%。本区划分为18里425邻，共计34,997户，2020年9月人口总数为93,482人。 桃园县于2014年12月25日升格为“直辖市”，原县辖大园乡改制为大园区。
大园区位于桃园市西北方，西北邻台湾海峡，东北靠芦竹区，南与中坜区为邻，西南方则是观音区。地势自西南向西北倾斜，乡地平均海拔高度约为35米，多为平原、稻田或广阔平地，濒临台湾海峡的西北部则是绵长的沙滩海岸。大园区为桃园市四沿海区之一，桃园市最大河川“南崁溪”发源于龟山区，流经桃园区、芦竹区，最后由大园区出海。大园区内另有老街溪、新街溪、埔心溪、后厝溪等河川。