北京门头沟区绝大部分在六环以外，只有东面永定河区域在六环内。门头沟区位于北京城区正西偏南，东经115°25'00至116°10'07，北纬39°48'34至40°10'37之间。东西长约62公里，南北宽约34公里，总面积1455平方公里。
山地面积占98.5%,是北京市唯一的纯山区，其东部与海淀区、石景山区为邻，南部与房山区、丰台区相连，西部与河北省琢鹿县、涞水县交界，北部与昌平区、河北省怀来县接壤。
门头沟区，隶属北京市，地处北京西部山区，是具有悠久历史文化和优良革命传统的老区。早在一万年以前，新石器时代早期的“东胡林人”就在此繁衍生息。燕昭王二十九年（公元前283年）设上谷、渔阳、右北平、辽西、辽东五郡，今区境分属上谷、渔阳二郡。此后，区境的隶属行政建制屡经变迁，直到1958年5月定名为门头沟区至今。
2016年，门头沟区重新确认国家卫生城区。2020年3月，获得全国村庄清洁行动先进县称号，被中央农办、农业农村部予以通报表扬。2020年7月29日，入选2019年重新确认国家卫生城市（区）名单。2020年10月9日，被生态环境部授予第四批国家生态文明建设示范市县称号。