龍潭區的面積總共有75.94105平方公里，就地形分布的狀況而言，龍潭區大部分位在台地上，而台地的海拔的高度大約是在150公尺至230公尺之間，東南邊地勢較高，西北邊地勢較低。 龍潭區位居桃園丘陵台地最南端，面積七十五平方公里，東以大漢溪、石門水庫為界，與大溪區、復興區相鄰，西接楊梅區、南沿新竹縣關西區 、新埔區界，北連平鎮、八德兩區，由於桃園台地略成扇形，以石門為起點向西北放射成數階段漸次傾斜至台灣海峽，因此本區地勢較高，地形也較複雜，大體可分為丘陵區 ( 銅鑼圈台地及店子湖台地 )，及平原地區 ( 龍潭台地) 兩大部分。

本區氣候溫和，年平均溫約為21°C，一月份為最冷月，其平均溫度約為14°C， 最熱月發生在七月份；其平均溫度約為 27°C，年平均雨量在2000 毫米以上，雨 量分布由北方向南方遞增，有 60% 到 65% 的雨量集中於五至九月份，降雨季 節分佈不均。

龍潭區的河川有老街溪、新街溪、茄冬溪、大漢溪、牛欄河、社子溪、霄裡溪，但是由於河川流域範圍小、長度短、水量少的緣故，灌溉功能無法充分發揮出來，因此灌溉必須仰賴石門水庫了。

本區地質大致上為紅黃色黏土層和礫石層，就地質的形成大致上是在二百萬年前的更新世紀冰河期後，受到洪水氾濫的影響，因洪水的巨大力量，所以將大量的岩石沖出，被沖出的岩石因為在水中滾動，因而磨圓了岩石，形成了大約20至40公尺的礫石層，等到洪水期過後，流水的力量帶出了較細的砂土，因而形成了上層為紅黃色的黏土（後因氣候炎熱多雨的影響，上層約五至七公尺處，逐漸紅化為的紅土），下層為大約為20公尺至40公尺的礫石層。因土壤大部份為紅壤或黃壤，有機質含量低，酸性較強，土壤貧瘠，不適於水稻的栽種，故以茶為生產大宗；沖積土則僅分布於霄裡溪三洽、清水坑、大平村二坪、三坑村河川底帶，土壤較肥沃，農業生產力高，為本區稻作主要產地。