歷下區位于濟南市東部，地理位置介于北緯36°35＇34＂～36°42＇30＂，東經117°0＇16＂～117°10＇24＂，東與濟南市高新技術開發區相接，南北與歷城區相接，西、西北與市中區和天橋區相鄰。總面積100.89平方公里。
歷下區大地構造單元，位于山東地塊泰山隆起北側，北臨濟陽坳陷。地質情況比較簡單，歷下區南部即黑虎泉以南至千佛山一帶，分布著古生界奧陶系下統和中統的海項沉積的碳酸鹽地層。下統為白云質灰巖和白云巖，它的上部含燧石結核和條帶，地層厚度為106.63米；中統按照沉積旋回劃分為3組6段，每組的下段巖性為薄層狀泥灰巖、泥質灰巖夾角礫狀泥灰巖和白云質灰巖，厚度為31.63～46.70米，每組的上段為深灰色厚層石灰巖和豹皮狀石灰巖，厚度為121.09～226.46米，產珠角石化石，中統厚度為678.64米。這些地層呈單斜構造，東西走向，傾向北，傾角平緩，一般8度左右。在千佛山西南側發育的是千佛山斷層，長約25公里，呈320～350度走向，傾向南西，傾角78度，上盤下降，斷層帶內構造角礫巖帶寬度不一，寬者五六米，窄者僅數十厘米。千佛山斷層沿北北西方向通過趵突泉附近，至今仍有活動。歷下區中、北部為第四系松散層。松散層之下即為隱伏的濟南輝長巖體，巖體平面形態近東西向橢圓狀，西頭周邊呈月形彎曲，東頭分成兩叉、形似魚尾、巖體東西長30公里，南北寬15公里，分布面積430平方公里。主要巖性為橄欖蘇長輝長巖、橄欖輝長巖、蘇長輝長巖等。巖體屬于淺成至半深成相，產狀為向北傾伏的復雜巖蓋，它的侵入時代是晚白堊紀燕山期。
歷下區轄14個街道，183個社區（其中45個由濟南市高新技術開發區舜華路街道管理）。14個街道分別是：泉城路街道、大明湖街道、東關街道、建筑新村街道、千佛山街道、趵突泉街道、解放路街道、文化東路街道、燕山街道、甸柳新村街道、姚家街道、智遠街道、龍洞街道、舜華路街道（由濟南市高新技術開發區管理）。