İlçemiz coğrafi açıdan Batı Akdeniz bölgesinin, 36⁰ kuzey enlemi ile 30⁰ doğu boylamı arasında Antalya şehir merkezinin kuzeyinde merkeze 12 km. uzaklıktadır. Kuzeyinde Burdur İline bağlı Bucak, güneyinde Konyaaltı, doğusunda Kepez, batısında ise Korkuteli İlçeleri yer alır. Yüzölçümü 673,1 km2'dir. İlçe Merkezinin denizden yüksekliği ortalama 300 m. dir.

İlçenin batı ve kuzeyi Batı Torosların küçük uzantılarıyla çevrilidir. Genel olarak bölgenin Döşemealtı Ovası olarak adlandırılan hafif engebeli bir arazi yapısı vardır. Döşemealtı İlçesinin Antalya şehir merkezine göre rakımı yüksek olmasından dolayı iklim farklılığı bulunmaktadır. Tam olarak yayla havası olmasa bile Dağbeli ve Bademağaçı gibi bağlı beldeler yayla havasına sahiptir. İlçede en önemli su kaynağı olan Kırkgöz su kaynağıdır. Kırkgöz gölünde bulunan su, DSİ tarafından yapılan kanal İlçe merkezi içerisinden geçerek Kepez Elektrik Santralını beslemektedir. Ayrıca Kırkgöz'den küçük sulama kanalları ile ilçenin değişik alanları sulanabilmektedir.

İlçenin bitki örtüsü dört tarafı çam ormanlarıyla çevrili ormanlık bir alana sahiptir. Bu nedenle Antalya şehir merkezinin akciğeri konumundadır. Düzlerçamı ve Termossos Bölgesindeki ormanlık alanlar Milli Park statüsündedir. Bölge, bitki ve ağaç türü zenginlikleri ile yaban hayatı yönünden İlimizin en ilginç ve en zengin ormanlık alanlarına sahiptir.

Döşemealtı'nda iklim yazları sıcak, kışları ise yağışlı ve ılıman geçen Akdeniz iklimi hüküm sürmektedir. Antalya şehir merkezine göre 4-5 derece sıcaklık farkı olması nedeniyle biraz daha serin bir hava ve düşük nem düzeyine sahiptir. Kış ve bahar aylarında yoğun yağmur olarak alan İlçede kar yağışı yüksek kesimler haricinde ortalama 10 yılda bir az miktarda görülmektedir.