山亭区在枣庄市东北部，东与临沂市的苍山县、平邑县接壤，南与枣庄市市中区、薛城区为邻，西与滕州市毗连，北与济宁市的邹城相接。

    山亭区位于东经117°14′00″-117°44′20″，北纬34°54′00″-35°19′20″，东南西北斜长47.5公里，东西最宽处39公里，总面积1017.8平方公时，占山东省总面积的0.66%，占枣庄市总面积的22.2%。

    山亭区地层属华北型沉积，岩层从老到新发育有：太古界泰山群，古生界寒武系、奥陶系及新生界第四系。此外还有侵入岩，主要为太古界早期及燕山期两次岩浆活动的产物。

    山亭区处于泰沂山脉西南麓，地形复杂多样，山地丘陵多，平原少，山地丘陵面积占全区总面积的88.6%。东部为海拔500米以上的群山区，重峦叠嶂，连绵起伏；西部为海拔100以下的低山丘陵和山前倾斜平地，属低山丘陵地貌类型。全区低山连绵，丘陵遍布，河渠纵横，平原较少。地势东高西低，处于自然倾斜状态。全区最低处海拔为80米，相对高差为540米。全区境内起伏较大，褶皱连绵，大小山头共有1234个，平均每平方公里就有1.2个，其中海拔高度400米以上的山头161个，座落在区驻地东北的高山（又名翼云山），海拔620.4米，为鲁南地区最高峰。

    本区属于温带季风型大陆性气候，全区年平均日照时数为2400-2800小时，年平均气温在13.5℃左右，无霜期每年平均200天左右，年平均降水量为800-950mm，一般盛行风向为东风和东南风，年平均风速为5米/秒。

    山亭区北距济南230公里，西距京沪铁路、104国道及京福高速公路20公里，南距大运河40公里、观音机场80公里，东距日照港107公里，有枣徐、北滕等6条省级公路、21条县级公路穿境而过，通车里程达900多公里，公路密度位居全省前列。开通了至北京、石狮、常熟、青岛、烟台、威海等地的长途客运线路。