Quận Đống Đa có diện tích khoảng 9,95 km2. Đây không phải quận rộng nhất Hà Nội nhưng có 21 phường - nhiều nhất, gồm: Văn Chương, Văn Miếu, Trung Tự, Trung Phụng, Trung Liệt, Thịnh Quang, Thổ Quan, Quốc Tử Giám, Quang Trung, Phương Mai, Phương Liên, Ô Chợ Dừa, Ngã Tư Sở, Nam Đồng, Láng Thượng, Láng Hạ, Kim Liên, Khương Thượng, Khâm Thiên, Hàng Bột, Cát Linh.
Quận Đống Đa có tới 21 phường
Dân số ở đây khoảng 400.000 người, theo Cổng thông tin điện tử quận. Hiện, thành phố có phương án sáp nhập phường Khâm Thiên và Trung Phụng; phường Ngã Tư Sở nhập vào Khương Thượng và Thịnh Quang; Trung Tự vào Phương Liên và Kim Liên.
Quận Đống Đa nằm ở phía Tây nam của Thành phố Hà Nội, tiếp giáp với 5 quận Hoàn Kiếm, Ba Đình, Cầu Giấy, Thanh Xuân, Hai Bà Trưng. Quận Đống Đa nằm ở phía Tây Nam của Thành phố 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).
Địa hình quận Đống Đa tương đối bằng phẳng. Có một số hồ lớn như Ba Mẫu, Kim Liên, Xã Đàn, Đống Đa, Văn Chương. Trước có nhiều ao, đầm nhưng cùng với quá trình đô thị hóa đã bị lấp. Quận có hai sông nhỏ chảy qua là sông Tô Lịch và sông Lừ. Phía đông có một vài gò nhỏ, trong đó có gò Đống Đa.
Tượng đài vua Quang Trung ở gò Đống Đa và Văn Miếu Quốc Tử Giám là 2 di tích nổi bật nhất của quận Đống Đa
Một số di tích văn hóa, lịch sử trên địa bàn quận Đống Đa là Văn Miếu - Quốc Tử Giám, di tích Đàn Xã tắc, di tích vòng thành Đại La, Chùa Bộc, gò Đống Đa và tượng đài vua Quang Trung, chùa Láng, đền Bích Câu, ga Hà Nội,... Trên địa bàn quận có gò Đống Đa, nơi được coi là mộ tập thể của các binh sĩ nhà Thanh Trung Quốc. Quận đặt theo tên chiến thắng trận Đống Đa của nghĩa quân Tây Sơn mùa xuân năm Kỷ Dậu (1789).