Quận Đống Đa nằm ở trung tâm thủ đô Hà Nội. Phía bắc giáp quận Ba Đình, phía đông bắc giáp quận Hoàn Kiếm (ranh giới là phố Lê Duẩn), phía đông giáp quận Hai Bà Trưng (ranh giới là phố Lê Duẩn và đường Giải phóng), phía nam giáp quận Thanh Xuân (ranh giới là đường Trường Chinh và đường Láng), phía tây giáp quận Cầu Giấy (ranh giới là sông Tô Lịch).