虹口区位于上海市中心城区东北部，北纬31°14′38″—31°19′50″，东经121°27′18″—121°30′46″。东临秦皇岛路、杨树浦路、大连路、大连西路、密云路、原走马塘河道、邯郸路、逸仙路，与杨浦区接壤；西靠河南北路、武进路、罗浮路、轨道交通3号线、宝源路、东宝兴路、西宝兴路、北宝兴路、粤秀路、俞泾浦、西泗塘、场中路、江杨南路，与静安区毗连；南濒黄浦江、苏州河，与浦东新区隔江相望，和黄浦区隔河相邻；北至安汾路、逸仙路，与宝山区相接。境内交通便捷，除公交线路外，有内环、中环、逸仙路高架路，3号线、4号线、8号线、10号线和12号线轨道交通线路，其秦线、泰公线轮渡线路，以及大连路隧道、新建路隧道、外滩隧道。上海港国际客运中心位于北外滩地区，是国际邮轮停靠母港之一。2020年，区境面积23.48平方千米。

上海开埠（1843年）前，境内以虬（旧）江为界，东南属上海县，西北属宝山县。清道光二十五年（1845年），美国传教士在境南租地造屋。清同治二年（1863年）五月划定美租界地域。清光绪二十五年（1899年）三月改称“上海国际公共租界”。民国34年（1945年）8月抗日战争胜利，上海市政府建区，境内主要地域划为第十六区、十七区、十八区。民国36年（1947年），上述三区分别改称“虹口区”“北四川路区”“提篮桥区”。1949年5月27日上海解放后，市军事管制委员会派员接管3个区公所，分别建立区人民政府。1956年3月，北四川路区与虹口区合并为虹口区。1958年，原榆林区（原第十九区）的大连路和大连西路以南、面积1.22平方千米地域划归提篮桥区。1959年12月，提篮桥区与虹口区合并为虹口区。1962年12月，虹口区境罗浮路以西0.06平方千米地域划归闸北区。1979年，原属宝山县与杨浦区的0.87平方千米地域划归虹口区。1984年9月，宝山县江湾镇和大八寺（今大柏树）地区9.38平方千米地域划归虹口区。1992年划定区界时，密云路北端路东划归杨浦区，路西划归虹口区。2000年12月，属闸北区管辖区域面积4691平方米划归虹口区，属虹口区管辖区域面积919平方米划归闸北区。区境成形至今。