双城区位于中国黑龙江省哈尔滨市西南部，地处松嫩平原腹部，松花江南岸，地势呈东高西低，京哈铁路、拉滨铁路和同三、京哈、哈前、哈大四条公路以及松花江主航道穿境而过，距哈尔滨中心城区40千米，距哈尔滨太平国际机场30千米。区政府驻地双城镇，距省会哈尔滨市中心区45公里。
康熙十五年将军驻所迁吉林乌喇，今吉林市，宁古塔城置副都统镇守。双城地区属宁古塔副都统衙门所辖，统于宁古塔将军；雍正三年设阿勒楚喀副都统，今阿城，双城境遂为其所辖，仍统于宁古塔将军衙门。看过《甄嬛传》的人都知道，甄嬛父亲，就被流放在这里。
清、嘉庆中叶，初设双城堡时，由拉林协领管辖闲荒内拨出南北70余里，东西130余里之地界，用于屯田。四围设立大封堆，以别拉林、双城堡两协领分管界址。在适中之地设协领治所，初称中屯，后更名为双城堡。出产不好，风沙颇大，自古是有名的寡苦之地。
双城区成土母质为第四纪沉积物。分3种类型:冲积沉积物质，是二级河流阶地上的黄土状粘土发育成黑质土壤；冲积物质，分布在江河泛滥地或靠近岸边的一级河流阶地，多为砂土或亚砂土；风积物质，河流分选沉积的砂土，经风力吹蚀搬运堆积而成，分布在江河岸边的高地上，形成流动砂丘或风砂土。
双城区地处松嫩平原南部，全境为冲击平原和阶地。无山，地势平坦，呈东高西低。东部周家镇至西部杏山乡为脊梁，南、西及西北部沿江河地势由高向下低垂，呈马鞍状。全境海拔高程120米至210米，相对高差为100米。
双城地势分三级：二级河流阶地海拔高程在160~210米范围内，素有平岗地之称，地势高，有水土流失，逢春旱则对农业生产不利。一级河流阶地，海拔高程在120~160米之间，为低平原，易内涝。江河漫滩地，是松花江、拉林河沿岸的泛滥地，雨季易受洪水浸淹。
双城区属中温带大陆性季风气候，春季风多，少雨干旱，夏季高温多雨，秋季凉爽早霜，冬季严寒少雪。年均气温4.4℃，年均降水量481毫米，冬天北方冷空气不断南侵，寒冷、干燥、降水少，是全年最冷季节，平均气温-13~-15℃。1月份为最冷月，平均气温-20℃左右。最低气温一般在-30℃以下，最低极端气温出现一39℃严寒。11月上旬土壤稳定结冻，最大冻土深度达185公分。
农丰、临江两乡镇有部分盐碱甸，含碱量较高。以前采用土法熬制，自用或出售。硝石又称焰硝、钾硝石等，无色、白色或灰色结晶状，有玻璃光泽，可用于配制孔雀绿釉，还可用作五彩、粉彩的颜料，是制造火药的原料之一，白色粉末，易溶于水，加热到334°C即分解放出氧，在工业上是制造火柴、烟火药、黑火药、玻璃和食品防腐剂等产品的原材料，双城镇近郊二洼地和低洼地带亦有大量火硝，且储量丰厚。
双城区三面靠水，河道环绕区界。南为拉林河，北靠松花江。松花江位于北部，流经四个乡镇，流程全长 65公里，拉林河围绕南、西边境，流经七个乡镇，沿该市流程全长135公里。沿江河一带冲积大量江砂和砂石，这些硅酸石在很长时间构成了双城恶劣的自然环境，既存不住水，也产不了粮食。
在双城市内西部和东北一带，延着河流的地带有优质石油。石油的成油机理有生物沉积变油和石化油两种学说，前者较广为接受，认为石油是古代海洋或湖泊中的生物经过漫长的演化形成，属于生物沉积变油，不可再生；后者认为石油是由地壳内本身的碳生成，与生物无关，可再生。目前，沉积类双城石油是中国东北三省沿海城市不可或缺的经济命脉。
