Marmara Bölgesi'nde, İstanbul İline bağlı bir ilçe olan Kağıthane, kuzey, doğu ve güneyinde Şişli, güneybatısında Beyoğlu, batı ve kuzeybatısında da Eyüp ilçeleri ile çevrilidir. Kağıthane, Kağıthane Deresinin (Barbisos) Haliç ile birleştiği kesimde yer almakta olup, engebeli bir arazi yapısına sahiptir. İlçe toprakları dere ve vadilerle bölünmüştür. Kağıthane Deresi, Belgrat ormanlarının bir bölümünün suyunu toplayarak Kemerburgaz'dan geçer ve Haliç'e dökülür. Havzası büyük olmasına karşın yaz aylarında suyu azalmaktadır. Kağıthane Deresi, sanayi ve atıklar nedeniyle kirlenmiştir. İlçe sınırları içindeki bir diğer akarsu, Keçi Deresi'dir. Yahya Kemal ve Yeşilce mahallelerinin sınırlarını oluşturacak biçimde kuzey batıya doğru akan Keçi deresi, Cendere Caddesini aştıktan hemen sonra Kağıthane Deresine dökülür. Keçi deresine paralel akan Galata Deresi de Kağıthane deresine dökülür.