桃源区位于台湾高雄市东北部,北临南投县信义乡,东邻台东县海端乡、花莲县卓溪乡,西邻那玛夏区、甲仙区、六龟区、嘉义县阿里山乡,南接茂林区,是全市人口密度最低、面积最大的区,亦为全国面积次大的市辖区(仅次于台中市和平区)。在全国所有乡、镇、县辖市、区之中,人口密度全国倒数第二,面积则高居全国第六。玉山国家公园及茂林国家风景区分别涵盖本区部分范围。本区建山里被六龟区环绕,为本区之飞地。
本区位处玉山山脉南麓,全境均为山坡地,平地极少,荖浓溪流贯,为高屏地区用水的主要来源之一,气候上则属热带季风气候。区内居民以台湾原住民布农族为主,亦有少数邹族及排湾族。
桃源区旧时被原住民称之为“加拉猛”。日治时期以此地最大的原住民部落“雅你社”(ガニ社)为名,称之为“雅你”,划归高雄州旗山郡六龟分室管辖。战后改设高雄县雅尔乡,之后又改为高雄县雅你乡,后于1956年10月改名为桃源乡,2010年12月25日改为高雄市桃源区。