【區域位置】 天心區位于湖南省省會長沙市城區南部，前身為南區，得名于長沙城著名地標天心古閣。區域范圍東以黃興路、芙蓉中路、韶山路為界，與芙蓉區、雨花區交界，南至暮云，與湘潭昭山示范區毗鄰；西臨湘江，以湘江主航道中心線為界，與岳麓區隔江相望；北抵五一路，與開福區接壤。轄區137.34平方千米，湘江岸線天心段長32千米，具有濱江（湘江）、臨洲（橘子洲）、望岳（岳麓山）的獨特優勢，是長沙“山水洲城”魅力的最佳展示區域。區政府機關駐地為湘府中路298號。
【地質地貌】 天心區處于湘中丘陵向洞庭湖平原過渡地帶，地域成南北長、東西窄的地理走向，南北20余千米。地形呈波狀起伏，地勢南北低、中部為丘陵地帶，略高，由東向西略斜，西部地勢平坦。由于長期風雨侵蝕，形成紅土崗地，地質呈酸性。全區成土母質以板頁巖風化物為主（占48.8%），其次為第四紀紅土，沙礫巖則集中分布于桂花坪、青園等丘陵地帶，土質肥沃的水稻土集中于大托鋪街道臨江的5個村。鵝洲和興馬洲為湘江上獨立的沙洲，特別是京廣線以西湖區湘江沉積扇上，適宜于多種農作物的生長。
【水文氣候】 天心區地處北部亞熱帶暖濕區域，具有四季分明、春溫多變、夏秋多晴、嚴冬期短、暑熱期長的典型內陸季風性濕潤溫和氣候的特點。年平均氣溫17.2℃，冬季平均氣溫4.6℃，夏季平均氣溫29.5℃。年平均日照1730小時，年平均無霜期275天左右，年平均降水量1420毫米。區域內淡水資源豐富，防御自然災害能力較強，發展經濟條件十分便利。南部120平方千米的天心生態新城，山體植被保護良好，空氣清新、環境宜人，是全國生態示范區。