门头沟区位于北京城区正西偏南，东经115度25＇00"至116度10＇07"，北纬39度48＇34"至40度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。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。属太行山余脉，地势险要“东望都邑，西走塞上而通大漠”，自古为兵家必争之地。
门头沟区有着悠久的历史文化。早在1万年前的新石器早期，就有人类在此繁衍生息，这就是北京历史上著名的“东胡林人”。商及春秋战国时期的文化遗址亦有发现。汉代属蓟县，唐属幽都县。唐末至辽末的二百年间属玉河县，金初并入宛平县治下。元初，门头沟区山区存在过一个“大周朝元年”政权。明代宛平县在此派典史。清道光二年派县丞。1928年成立北平特别市，其余部分属宛平县。门头沟解放后，先后是北京市属的28区、20区、16区，1952年成立京西矿区，下辖8区1镇。1958年5月经国务院批准，调整辖界改称门头沟区。