云溪區位于湖南省東北部、岳陽市城區東北部、長江中游南岸。東北與臨湘市接壤，西北與湖北省監利縣隔江相望，南與岳陽樓區、岳陽經濟開發區毗鄰。地理坐標為東經113°08′48″-113°23′30″、北緯29°23′56″-29°38′22″。總面積417平方千米，總人口16.7萬人（2009年）。轄1個街道、5個鎮、2個鄉：長嶺街道、云溪鎮、陸城鎮、路口鎮、道仁磯鎮、文橋鎮、云溪鄉、永濟鄉；岳化社區。區政府駐云溪鎮云中西路48號。
屬幕阜山余脈向江漢平原過渡地帶，地勢由東南至西北呈階梯狀向長江傾斜。最高處為云溪鄉上清溪村小木嶺，海拔497.6米；最低處為永濟鄉臣子湖，海拔21.4米。屬北亞熱帶季風氣候區，年平均氣溫16.6—16.8℃，年平均降雨量1302毫米。礦產資源有石灰石，白云石。京廣鐵路、隨岳高速、107國道、201省道、301省道過境，設有云溪、路口火車站。沿江有道仁磯碼頭和陸城石油專用碼頭。古跡有培風塔。境內有岳陽石油化工總廠、長嶺煉油化工廠，為省石油化工工業基地。