龙井茶区分布在海拔500米以下的丘陵低山，呈马蹄形分布于群山环抱之中，东临西湖，南临钱塘江，受“一湖一江”的水气调节和东南季风的影响。气候温暖年平均16.1℃,≥10℃的活动积温约5100℃，无霜期250天，降水量1500毫米左右，年均空气相对湿度80%，年均光照时数约2100小时。茶区土壤属黄红壤及其变种，以黄泥沙土土种居多，土壤pH4.5—6.0。四周植被以常绿阔叶树为主或落叶阔叶树为主的常绿和落叶阔叶混交林，以及人工培育的马尾松和毛竹林。

虎跑溪、九溪、梅坞溪和白龙潭溪发源于西湖群山，流经茶区，直接注入钱塘江；地下水出露成泉点的资源丰富，著名的有虎跑泉（属裂隙泉）、龙井泉（属岩溶泉）、玉泉（属孔隙泉），茶、水交融，饮人称道、赞美。由于独特的生境，为优化茶叶的品质，提供了良好的自然条件。