南沙区位于广州市最南端、珠江虎门水道西岸，是西江、北江、东江三江汇集之处；东与东莞市隔江相望；西与中山市、佛山市顺德区接壤；北以沙湾水道为界与广州市番禺区隔水相连；南濒珠江出海口伶仃洋。地处珠江出海口和大珠江三角洲地理几何中心，是珠江流域通向海洋的通道，连接珠江口岸城市群的枢纽，广州市唯一的出海通道，距香港38海里、澳门41海里。总面积783.86平方公里。
地质地貌
南沙区地质基底由古生界变质岩系构成，最老的下古生界震旦系变质砂岩、板岩、片岩及硅质岩，分布在南沙街的塘坑至南沙林场鸢鹅山一带；加里东期的混合花岗岩分布在南沙街深湾；大面积的基岩是燕山期的细粒、中粒、粗粒黑云母花岗岩，分布在黄山鲁、大山乸山一带；中新生代断陷盆地沉积的陆相砾岩、砂砾岩、砂岩及泥质粉砂岩，分布大虎山和小虎山一带。地形中间高、四周低。地貌类型有低山、丘陵、台地、平原和滩涂，其中低丘台地占总面积47%，平原占53%。区内最高点黄山鲁山海拔295米。
黄山鲁
位于南沙镇中部制高点，为南沙最高峰，海拔295米，因在主峰俯瞰四周表土呈黄灰色的大小山岗，形似一只黄色的山鹿，故名“黄山鹿”，避俗就雅，习惯称为黄山鲁。
大山乸
位于黄阁中南部，海拔224米，主峰四周环绕着十多座海拔150米小山，犹如众星拱月，众子拥母，故名，山体以花岗岩为主，上有风化之砖红壤，植被有人工荔枝林及次生林，种类较为缺乏，但位置优越，俯视整个南沙地区及其珠江口，山体南北长2000米，东西宽2600米，面积约6平方公里，约相当于7个越秀公园。
大小虎山
位于狮子洋，因山体酷似伏睡的老虎，故名。大虎山面积1.2平方公里，海拔178米，由红色沙岩构成，给人一种光秃秃的感觉，只有岩石风化处有少量植被，周围海域有浅礁暗礁。小虎山面积1平方公里，海拔115米，由红色沙岩构成，有少量植被，因小虎岛四周泥沙堆积成陆，小虎岛的面积却比大虎岛大得多，岛上出产著名的小虎麻虾（基围虾），南部建有成为华南最大的石化码头及化学仓库。
气候特点
南沙区域属于南亚热带季风性海洋气候，温暖、多雨、湿润，夏长冬短，夏季时段超过6个月。四季气候可概
括为，夏无酷热，冬无严寒，春常阴雨，秋高气爽。南沙地区年平均气温22.2℃，最热月与最冷月的平均气温之差为14.7℃。年平均雨量1646.9毫米，4—9月为雨季，10—3月为干季。年平均相对湿度为79%，年平均风速为2.2米/秒。夏盛吹偏东南风，冬多吹偏北风。夏秋常有热带气旋影响，平均每年约有3~4个热带气旋影响南沙区；冬季会受强冷空气影响，平均每年约有1~2次强冷空气影响南沙区。对农业生产有影响的过程还包括低温阴雨、倒春寒、寒露风、霜降风等。南沙地区年雷暴日数为78.3天，属于强雷暴区，常出现雷雨大风、强降雨、强雷电等灾害性天气。[7]
水文
南沙区内水域面积（未含东涌镇、大岗镇、榄核镇三镇）达188.15平方公里，占总面积的四分之一。内河涌116条，总长294.8公里。[1]
珠江口
珠江是中国最模糊的水系，它是西江北江和东江的合称，事实上没有一条河流学名叫“珠江”，而通常广东省有无数的河段习惯上又称为“珠江”，而正式列入教科书的珠江水系入海口都有八个之多，称为“珠江八大口门”或“珠江口”。 本网页所指之“珠江口”，仅指北起南沙上横档岛，南至北纬22°35’处归属南沙管辖的伶仃洋北部，全长直线距离约15海里，有珠江四大口门（虎门，蕉门，洪奇门，横门）与之相通。附近沙滩发育，滩涂资源丰富，较大的孖沙，鸡抱沙，大沙尾沙等为负1至负2米的浅海域，面积达数十平方公里，可以围海造田或发展海水养殖。其中有龙穴岛，舢板洲，较杯洲，上横档，下横档，凫洲等岛屿，还有金销排，黄鱼排等明暗礁群岬角，均为可持续发展不可多得的后备地区，由于不断围垦造田，南沙是全国6个耕地面积有所增加的地区之一，在中国加速城市化的背景下尤其显得重要。
虎门
位于南沙及东莞之间，是珠江注入南海的八大口门之首，因内有大虎山及小虎山而得名，是东江众多支流和北江支流沙湾水道，市桥水道，沥滘水道（广州狭义之珠江）的共同出口，注入伶仃洋。口门宽约4000米，输水量占珠江总水量的10-20%，平均潮差最大达3.8米，是广州出海的咽喉要道。
狮子洋
是南海深入陆地的溺谷海湾，水面辽阔波涛汹涌，犹如海洋，洋之东侧有一山岛，宋代已称为狮山，故名狮子洋。此为珠江的河口段，是珠江主航道，因河道变迁沙洲堆积，地理范围多有争议，当地习惯称为“虎门水道”，上接广州的沥滘水道（狭义之珠江），下达虎门交椅角接川鼻洋，注入伶仃洋。全长41公里，平均宽为2000米，枯水期水深约为6-8米，最大潮差3.35米， 3-5万吨海轮可乘潮进入黄埔港。
蕉门
珠江八大口门之一，北江主要出口之一，位于南沙及龙穴岛西部，万顷沙东面。元代在今黄阁镇蕉门村附近，穿流于黄山鲁及大山乸之间，因沙洲不断沉积成陆且受拦门沙分流作用，蕉门在地理景观上已支离破烂，如今习惯上的蕉门是指从亭角大桥开始到南沙港快速路的新龙大桥之间近20公里的珠江口门，宽度约为2000-3000米，平均潮差2.45米。根据广州城市南拓战略，蕉门与珠江后航道（大学城），沙湾水道（广州新城）将成为广州三大沿江重点发展地带，未来南沙滨海新城就沿蕉门两侧展开分布。
狭义的蕉门是指位于南沙和黄阁之间的蕉门河（滘），长约8公里，宽不足100米，根据南沙的城市规划，现正投资3亿元重点整治拓宽美化，将成为代表南沙新城市的轴心和客厅，未来南沙区府和4号地铁站定址在此。
广义的蕉门水道是指从沙湾水道大坳口开始直到蕉门出海口，除上述蕉门外包括有榄核河，浅海涌，西沥，西樵水道，骝岗水道等星罗棋布的珠江水系，并通过凫洲水道与虎门相连，通达上下横沥水道与洪奇门相连，基本覆盖了南沙大沙田所有镇区。
洪奇沥
番禺与中山顺德的界河，上接潭洲水道和容桂水道，下泻珠江八大口门之一的洪奇门注入伶仃洋，并与珠江另一口门—横门相通，因每年汛期，洪水受海潮顶托，水势奇汹，谓之洪奇，故名。全长约50公里，平均宽度500-1000米，因泥沙不断沉积，航道水深仅3-5米，且因沿涂有众多的支流汇入，水文紊乱，泄洪及航运能力逐渐萎退。
凫洲水道
蕉门水道的分支，位于南沙及龙穴岛之间，全长约6公里，宽度达数千米，因泥沙堆积，现日益缩小，规划中的“平南高速”（东部快线）有一控制工程—岛洲大桥就坐落在此水道。
广州港南沙港区
位于龙穴岛，是广东省发展现代化港口物流业的重要基地。也是南沙地区基础产业发展的重要配套工程，为临港工业提供大型专业码头配套服务。是珠三角集装箱货物进出的重要口岸。
土地资源
2012年南沙区有耕地面积22.58万亩，其中粮食播种面积4.4万亩、粮食产量，蔬菜种植面积11.87万亩，甘蔗种植面积0.5万亩，水果种植面积4.95万亩，产量7.41万吨。可利用林地面积3.4万亩，森林覆盖率6.9%。[1]
水资源
南沙区主要有虎门、蕉门、洪奇沥三条水道，径流量为4.82亿立方米，多年平均过境流量1377亿立方米。其中虎门水道603亿立方米、蕉门水道565亿立方米、洪奇沥水道209亿立方米，分别约占珠江年径流总量的18%、7%、6%左右。全区现有蕉东联围等九大联围外江堤防，总长236.3公里。[1]
生物资源
动物类以鱼类为多，如随咸水上涌到海口附近繁殖的黄鳝、黄鲫等，从咸水溯江回游产卵的鲥鱼、黄鱼，从江河入海回游产卵的河鳗，常年在江河附近繁殖的鲍鱼、鳗鱼以及自然生长的鳗、鲩等。甲壳、贝类、两栖动物、爬行动物类品种繁多。植物类的各类树、竹、花草、藻类品种繁多。[8]
矿产资源
南沙、黄阁一带花岗岩储量丰富。
公元前214年，秦统一岭南，置南海、桂林、象郡三郡，番禺为南海郡之首县。
公元前204年，赵佗在南海郡建立南越国。南沙区域平原地带尚未形成，浅海中零星分布的丘陵洲岛，位于番禺县域珠江出海口的最南端。
东晋咸和六年（331），分南海郡地而置东官郡，同时置宝安、安怀、兴宁、海丰、海安和欣乐六县。南沙区域从南海郡番禺县析出，隶属东官郡宝安县。
唐朝至德二年（757），宝安县更名为东莞县，南沙区域随属东莞县。
南宋绍兴二十二年（1152），东莞县析出香山镇改置香山县。黄阁地区从东莞县析出，隶属香山县。南沙区域浅海中的丘陵洲岛周围沙泥已淤积成坦，部分已拍围成田，龙穴岛等地仍属东莞县。
元世祖至元十六年（1279），黄阁立村，称香山县古海乡黄旗角村。
明洪武十四年（1381），黄阁改称香山县黄旗都黄旗角村。南沙区域中的东瓜宇、塘坑、板头先后开村，万顷沙、义沙地区形成沙坦，黄山鲁南面地区开始称沙埠、南沙等名，仍隶属东莞县。
明代，龙穴岛周围沙坦淤积形成洲。明天顺八年（1464）《东莞县志》载：东莞县“最南端为大洋龙穴洲”。
清乾隆年间（1736—1796），东莞县划五属（二厅三司）进行管辖，今南沙街部分地段已形成，为东莞县缺口司南沙村。
清道光十五年（1835），东莞与香山交界水面和南沙村前面先后浮起大片沙坦。
道光二十九年（1849），两县的知县为两县争沙达成和解，在万顷沙中间开挖界河。界河以西的大鳌沙、沥心沙、缸瓦沙、屎船沙属香山县；界河东北归东莞县管辖。
至民国初年，东莞县拥有南沙村、万顷沙的沙坦与沙田近六七万亩。
民国十四年（1925），香山县改称中山县，黄阁与万顷沙界河以西的大鳌沙、沥心沙、缸瓦沙、屎船沙随改属中山县。南沙、大虎岛、小虎岛与万顷沙界河以东地段以及鸡抱沙、龙穴岛隶属东莞县。
二十世纪40年代，东莞县明伦堂在万顷沙东北部建立东莞县明伦堂示范农场。
民国三十七年，南沙乡成立，属东莞县第五区。
1949年12月，万顷沙东莞县明伦堂示范农场被接管，改称万顷沙接管处农场；
1950年，定名为广东省东莞县万顷沙国营农场。
1950年10月，南沙、万顷沙、长沙、龙穴、小虎、大虎划属东莞县第九区。大鳌沙、沥心沙、缸瓦沙、屎船沙划属中山县第十区。
1951年1月，广东省人民政府珠江区专员公署海岛管理处成立，万顷沙五涌、一涌以及龙穴岛从东莞析出，划入海岛管理处管辖。
1951年底，在万顷沙二涌一带的5个围，组建归国难侨处理委员会农场。
1952年10月，万顷沙五涌、一涌以及龙穴岛随海岛管理处移交中山县渔民区人民政府管辖。同年，万顷沙正安等8个围并入归国难侨处理委员会农场，随即更名为万顷沙华侨集体农场。
1954年，广东省东莞县万顷沙国营农场和万顷沙华侨集体农场合并，成立广东省万顷沙国营机械农场，直属省农垦厅。
1953年4月，珠海县成立，万顷沙、龙穴岛和沙头乡、沙中乡、沙尾乡，连同从东莞县析出的南沙、长沙、小虎、大虎，与同时从中山县析出的冯马乡、新安乡、平安乡一并划入珠海县第四区管辖。
1954年长沙划入中山县大岗区。
1955年7月，珠海县第四区改称珠海县万顷沙区。
1957年3月，珠海县万顷沙区划入中山县，改称中山县万顷沙乡，南沙随改属中山县万顷沙乡。大虎、小虎、沙仔岛划入中山县黄阁乡。
1958年，黄阁乡、万顷沙乡撤乡改社，分别改称黄阁人民公社、万顷沙人民公社。广东省万顷沙国营机械农场并入万顷沙人民公社。
1959年1月，广东省万顷沙国营机械农场从万顷沙人民公社析出。黄阁人民公社先后并入万顷沙、大岗人民公社。同年6月，番禺县建制恢复，7月，黄阁（含大小虎、沙仔岛）和万顷沙（含南沙、龙穴岛）恢复人民公社建制，2个公社从中山县析出，一并划入番禺县万顷沙人民公社。
1961年3月，南沙从万顷沙人民公社析出，成立南沙人民公社，长沙、义沙属番禺县大岗公社。
1972年10月，新造、潭州人民公社的8个渔业大队迁到万顷沙尾，组建新垦渔业公社。
1975年1月，番禺县改属广州市管辖。
1978年，大岗公社析出前进、义沙等5个生产大队，万顷沙人民公社析出冯马一、东升等5个生产大队，组建横沥人民公社。
1978年6月，广东省万顷沙国营机械农场改称广东省珠江华侨农场。
1983年12月20日撤公社改区。
1987年1月20日撤区改镇，南沙区域有黄阁、万顷沙、新垦、横沥、南沙5个镇和广东省珠江华侨农场。
1988年，广东省珠江华侨农场由省下放至广州市。
1989年6月改称广州市珠江华侨农场。
1992年1月，广州市珠江华侨农场加挂“广州市珠江管理区”、“广州市国营珠江华侨农工商联合公司”两块牌子。
1990年6月22日，广东省、广州市确定南沙为重点对外开放区域和重点开发区，成立南沙经济区管理委员会，为县局级单位，由番禺县人民政府管理。
1992年5月20日，番禺撤县改市（县级），6月17日，南沙经济区和南沙镇合并，成立中共番禺市南沙经济开发区委员会、番禺市南沙经济开发区管理委员会和番禺市南沙经济开发总公司。
1993年5月12日，国务院批准设立广州南沙经济技术开发区。同年7月8日，中共广州南沙经济技术开发区委员会、广州南沙经济技术开发区管理委员会挂牌，行政上为番禺市政府的派出机构。同年，原南沙镇改设南沙街，与南沙经济技术开发区管理委员会合署办公。
2001年8月21日，广州南沙开发区建设指挥部成立，为广州市人民政府的派出机构，全权负责开发区范围内的规划、用地、开发、建设、管理以及招商引资等工作，具有广州市市级审批管理权限。
2002年3月18日，撤销新垦镇，划入万顷沙镇。
2003年1月1日，珠江管理区成建制划入广州南沙开发区建设指挥部管理。
2005年4月28日，国务院批准广州市行政区划调整，新设立南沙区，番禺区的南沙街，万顷沙镇，横沥镇，黄阁镇，灵山镇庙南村、七一村和庙青村的部分区域，东涌镇庆盛村、沙公堡村、石牌村的各一部分区域划入南沙区。
2005年4月28日，南沙区下辖南沙街道，万顷沙镇，横沥镇，黄阁镇。
2008年2月4日，经广东省民政厅批准成立广州市南沙区珠江街道办事处。南沙区管辖南沙、珠江2个街道和黄阁、万顷沙、横沥3个镇。
2008年4月，经广州市委、市政府批准，成立新的中共广州南沙经济技术开发区工作委员会与广州南沙经济技术开发区管理委员会（与广东南沙出口加工区管理委员会合署办公），行政上为广州市人民政府的派出机构。承担广州南沙开发区建设指挥部管理职能，统一管理广州南沙经济技术开发区、广州南沙高新技术开发区和广东南沙出口加工区，不再保留广州南沙开发区建设指挥部和原广州南沙经济技术开发区管理委员会。
2011年9月7日，龙穴街道办事处挂牌设立。
2012年9月30日，国务院批复同意将广州市番禺区的东涌镇、大岗镇、榄核镇划归南沙区管辖。