未央区位于西安城区北郊。地理位置北纬34°14'50"~34°26'22",东经108°47'08~109°02'21"。辖区东至灞河,与灞桥区为邻:西依漆渠河,与咸阳市交界;南隔龙首北路,与新城区、莲湖区毗连;北临渭水,与高陵县、咸阳市隔河相望;西南部与雁塔区、长安县接壤。全区土地总面积262.14平方公里。
未央区地处渭河凹陷区的西安凹陷带,境内断裂构造非常发育。辖境地貌类型属渭河冲积平原,地形平坦,高程差约50米,平均坡度在2度以下。土壤以黄绵土和潮土为主,占全区土壤总面积的77%以上。土质良好,不沙不黏,通气性、可耕性好,有机质和养分含量较高,适种各种作物。辖区属暖温带半湿润大陆性季风区,四季分明,水热同季,冬季寒冷干燥,夏季多雨湿润。太阳辐射量较周围县、市稍低,光能利用率低,农业增产潜力大。大于或等于0℃的活动积温能够满足冬小麦、夏玉米中熟品种一年两料对温度的要求。蔬菜复种指数达174.5%。由于辖区耕作历史悠久,自然植被已全被栽培植被所取代。区内植被以大田农作物植被和蔬菜作物植被为主,分别占栽培植被面积的50.14%和24.02%。
辖区地处城市近郊,土地利用率高,土地后备资源匮乏,耕地递减速度快,人均土地资源少。据1990年土地详查,全区土地面积393208.7亩,人均1.20亩,是西安市人均占有土地面积2.46亩的48.78%,是陕西省人均占有土地面积10.16亩的11.81%;全区有农业用地25.49万亩,占土地总面积的64.81%;有农耕地231157亩,垦殖指数58.79%,比西安市高25.7个百分点;全区人均耕地0.71亩,低于西安市人均0.81亩的水平,仅为陕西省人均1.7亩的41.76%,是1949年人均耕地的24.3%。1949~1993年,现境人口增加24.9万,耕地减少近1/3,人均耕地减少2.2亩。44年间全区减少耕地7.87万亩,相当于1993年草滩镇、谭家乡和汉城乡耕地面积之和。80年代后期,虽然加强了土地管理,但耕地递减速度仍有增无减。
域内水资源较为丰富,全区水资源总量为70.05亿立方米,可利用量4.14亿立方米。按可利用量计算,人均占有1224立方米,亩均1053立方米。按实际用水量计算,人均595立方米,高于全国491立方米的均值,低于世界744立方米的均值;亩均709立方米,高于世界630立方米的均值。
未央区历史上自然灾害频繁,尤以旱灾最为常见。北部渭河漫滩地,地下水位高,雨季常造成渍水内涝。历代统治者虽兴修了一些水利设施,收到一定效益,但直到50年代初,现境有效灌溉面积仅5万多亩,还占不到耕地面积的1/5。建国后,50年代中期开始兴修水利,70年代中期耕地实现水利化,使旱情与旱灾逐步分离。由于渭河、灞河堤防全部建成,使洪水灾害大为减少。1990年7月7日,渭河出现流量4420米
3/秒的洪峰,亦并未造成灾害。