Петродворцовый район расположен в 30 км от центра Санкт-Петербурга в западной части города. Северная граница района проходит по береговой линии Финского залива, южная и западная отделяют Петродворцовый от Ломоносовского района Ленинградской области. На востоке Петродворцовый район граничит с Красносельским районом Санкт-Петербурга.
Площадь территории - 109 тыс. кв. км. Численность населения по данным 2010 года составляет 128 тыс. человек. В состав Петродворцового района входят три муниципальных образования: город Петергоф, город Ломоносов и поселок Стрельна.