Thị xã Hương Trà nằm gần trung tâm của tỉnh Thừa Thiên - Huế, có diện tích 51.853,4 ha (518,53 km²) và dân số 118.534 người. Thị xã nằm giữa sông Hương và sông Bồ, có miền núi, đồng bằng và vùng duyên hải. Thị xã nằm cách thành phố Huế 15 km về phía bắc.

Thị xã Hương Trà có vị trí địa lý:

• Phía Đông giáp thành phố Huế, thị xã Hương Thủy và huyện Phú Vang
• Phía Tây giáp huyện Phong Điền và huyện A Lưới
• Phía Nam giáp thị xã Hương Thủy và huyện A Lưới
• Phía Bắc giáp huyện Quảng Điền và Biển Đông.

Đây là địa phương có dự án Đường cao tốc Quảng Trị – Đà Nẵng đang được xây dựng đi qua.