仓山区地处福州城区南部，辖整个南台岛，东西长27.3千米，南北宽10.3千米，区域面积146.24平方千米，加上洲地面积逾150平方千米。仓山区四面临江，北隔闽江分别与鼓楼、台江、晋安、马尾、隔江相望东面与马尾港隔海相距7.61海里，南临乌龙江与闽侯长乐相连。
境内闽江环绕，形成南台岛。闽江在南台岛首尾分而又合，斜贯中部。地貌由平原、丘陵和滩地组成，并以丘陵，平原为主，属丘陵性平原。山丘坡地占全岛面积的1/5。地势北陡，中高、南缓。地表起伏大，丘陵分布在中、西北、东南部，丘陵自北向南依次有翁主山、鬼洞山、妙峰山、高盖山、城门山、清凉山。境内制高点高盖山（海拔202米）位于南台岛中部。由于闽江流速、流向的改变，导致泥沙落淤、堆积，沿江地带沙洲发育，河滩广阔，形成形状各异、面积大小不等的沙洲滩地。
境内地质主要由中生代熔岩，燕山期入侵岩及第四纪沉积物构成，受到以断裂为主，褶皱为次的构造变动影响，表现在构造特征上岩层成宽缓的隆起和坳陷，褶皱构造由于受以后的岩浆侵入和喷发作用所破坏，表现不明显。而断裂构造极为发育，主要是由于位于福州山字型构造的前弧和北北西向张扭性断裂、北东东向压扭性断裂的交汇处，受上述断裂构造的控制，断裂发育、动力变质作用强烈。福州山字型构造在境内南部通过，沿乌龙江作弧形分布，控制闽江南港河流形态，并在境内南部造成岩层动力变质带。
境内历史上为福州对外交通口岸，辖内闽江自西向东流经马尾入海。境内属南亚热带季风气候的北缘，夏长冬短，暖热湿润，降水丰沛，且有一定的干湿季，土壤母质的风化作用强烈，土壤的富铅化过程比较彻底。地带性土壤主要为红壤，南、北港的滩地、洲地发育的主要是潮土。平原地带因长期经人类开发和耕作，发育的主要为水稻土和沙土。
境内闽江河段受潮水顶托，坡降平缓，属感潮河段。流域内降水在年内分配不均匀，年际间变化也很大。流域年平均径流深957毫米，年均径流量584亿立方米，枯水和丰水年份径流量变幅290～910亿立方米。下游输沙量有增加趋势，洪水期输沙量所占比重相当大。境内河流具有双向流动特征。在涨潮时，闽江径流受潮水顶托，可上溯到河浦、港汊及大小河渠；落潮时，河浦、港汊及河渠的水流又可下泄注入闽江的南、北港。区内主要河道有螺洲河、白湖亭河、义序河。螺洲河由闽江南港的螺洲入口向东流经浦口乾元、葫芦阵与濂浦河相通，全长7千米，自古就有葫芦阵两头潮之说。