区境地处长江三角洲冲积平原的前缘部位。境内地势宽广平坦，海拔平均高度约3～4.5米。全年气候温和，四季分明，空气湿润，雨量充沛，日照较多，无霜期长，属北亚热带气候，自然环境条件良好。

区境经历代置废、分合，变异纷繁。肇嘉浜以北地区曾为法租界一部分，花园住宅、公寓相对集中，浜南则多河流、农田及棚户。呈现了住宅南疏北密、河流北湮南存、南北迥异的特点。解放后，城市建设发展迅速，尤其是浜南地区得到改造开发，新建了大批新村住宅，并正继续向南推进。

区境古属昆山县，唐中期至宋代隶华亭县，元、明、清代为上海县辖地。民国初，法租界扩展至徐家汇，区境东北部为租界范围，南部为县城厢延伸地区，西南部为法华乡和漕河泾乡辖地。民国16年（1927年），市县分治后，区境归属上海市。民国34年，国民政府按警察系统分辖范围设置行政区。区境为第七区（常熟区）、第八区（徐家汇区）和第二十六区（龙华区）的大部分辖地。

上海解放后，按原区划接管。1956年，常熟区和徐汇区合并，定名为徐汇区。1984年划入龙华、漕河泾镇和长桥地区后，遂成今区划范围。