Huyện Thạch Thất nằm phía Tây Bắc thành phố Hà Nội, cách trung tâm thành phố khoảng 32km, là vùng bán sơn địa, có tọa độ địa lý từ 20o58’23’’ đến 21o06’10’’ vĩ độ bắc từ 105o27’54’’ đến 105o38’22’’ kinh độ đông.

Huyện có địa giới hành chính:

• Phía đông và phía bắc giáp huyện Phúc Thọ
• Phía tây giáp thành phố Hòa Bình (tỉnh Hòa Bình)
• Phía tây bắc giáp thị xã Sơn Tây và huyện Ba Vì
• Phía tây nam giáp huyện Lương Sơn (tỉnh Hòa Bình)
• Phía nam và đông nam giáp huyện Quốc Oai.

Thạch Thất là khu vực chuyển tiếp giữa vùng núi và trung du phía Bắc với vùng đồng bằng. Nhìn chung địa hình thấp dần từ Tây sang Đông và chia thành hai dạng địa hình chính:

+ Dạng địa hình bán sơn địa, đồi gò: Độ cao trung bình so với mặt nước biển từ 10 m đến hơn 15 m. Đất phát triển trên nền đá đã phong hóa nhiều nơi có lớp đá ong ở tầng sâu 20 – 50 cm.

+ Dạng địa hình đồng bằng: bên bờ trái sông tích, địa hình khá bằng phẳng, độ cao trung bình khoảng từ 3 đến 10 m so với mặt biển. Trong khu vực cũng có nhiều điểm trũng tạo thành các hồ đầm nhỏ.