İlçemiz; İzmit Körfezi ile Sapanca Gölü arasında yer almaktadır. İlçemizin batı bölgesinde Köseköy ve Arslanbey yerleşim alanları dahil olmak üzere, doğuya doğru ilerlendiğinde, Köseköy 'ün hemen batısında Sarımeşe, kuzey kesimde Uzunçiftlik, Uzuntarla ve Eşme, güney kesimde Suadiye, Büyükderbent ve Maşukiye, orta kesimde Acısu yerleşimleri bulunmaktadır.
        
        Kısaca İlçemiz, batıda Köseköy yerleşim alanından başlayarak doğuda Sapanca Gölü ve Sakarya sınırına, yine güneyde ve güneydoğuda Kartepe Dağını içine alacak şekilde Sakarya sınırına, güneybatıda ve güneyde Başiskele ilçesine, kuzeyde İzmit İlçesine dayanmaktadır. Kartepe’nin güney kesimini, doğu-batı doğrultusunda uzanan ve yüksek bir kütle oluşturan Samanlı Dağları'nın orta bölümü meydana getirir. İzmit Körfezi ile İznik Gölü, kısmen de Sakarya Nehri arasındaki su bölümü sahasını teşkil eden bu bölüm çeşitli yüksekliklerdeki platolardan oluşur. İlçemizin Yüz Ölçümü  ise 269 km² dir.

Özellikle 1602 rakımlı Kartepe, İlçemiz sınırlarında bulunan ve İlimizin de en yüksek tepesidir. Topoğrafik eğim Kocaeli kuzeyine göre daha diktir. Samanlı Dağları, Armutlu Yarımadası'ndan başlayıp, güneybatıdan il alanına girer. Bu dağlar, batı-doğu doğrultusunda uzanır. 130 km uzunlukta, 30 km genişliğindedir. Kocaeli'nin Samanlı Dağları kesimi ormanlarla kaplıdır. Genellikle dağların yukarı kesimleri iğne yapraklı ağaçlarla, aşağı kısımları geniş yapraklı ağaçlarla kaplıdır. Arazi yapısı jeolojik yönden alüvyonlu malzemelerle kaplı olup, yerleşim alanının kuzeyinde Kuzey Anadolu Dağları uzantıları, mevcut olup, içinden Kilez deresi geçmektedir.