昌平位于北京市西北部，地處溫榆河沖積平原和燕山、太行山支脈結合地帶。區域地理坐標東經115°50′17″～116°29′49″、北緯40°2′18″～40°23′13″。邊界線總長261.46公里，區域面積1343.5平方公里，其中平原面積占40%，山區、半山區面積占60%。地勢西北高、東南低，北倚軍都山，南俯北京城。山地海拔800米至1000米，平原高度海拔30米至100米。主要河流屬溫榆河水系。全區處在溫帶季風區，屬暖溫帶大陸性季風氣候。年平均日照時數2684小時，平均氣溫11.8℃，平均降水量550.3毫米。

昌平區位條件優越，北與延慶、懷柔接壤，西與門頭溝、河北懷來相連，南與海淀、朝陽相通，東與順義毗鄰，是北京的北大門，素有“京師之枕”、“甲視諸州”之稱。南端與天安門直線距離約10公里，城區距首都國際機場約30公里，距中國北方大的集裝箱碼頭——天津塘沽港不足200公里。具有承東啟西、聯結南北的區位之便，既是生產要素由南向北轉移的承接地，也是生產要素繼續向北部地區輻射的起點。