現在の大田区域は大正時代から昭和時代初期にほぼ全域で耕地整理が行われ、道路など都市基盤原形が整備された。現在は大森と蒲田を「中心核」とし、その他の鉄道駅周辺を「地域核」、羽田を「未来核」とし整備が行われている。
人口

区内人口は2000年国勢調査では前回比2.21%増、2005年国勢調査では同2.31%増と増加傾向にあり、2017年時点では鳥取県や島根県、高知県の人口を上回る。大田区戸籍住民課調べによる出生・死亡などの自然増減、転入・転出などの社会増減、外国人の帰化などのその他増減を加味した人口動態でも2004年度+4,862人、2005年度+5,246人、2006年度+3,043人の増加となっている。区内人口は夜間人口より昼間人口の方が多い。男女比率は2005年国勢調査では、男性103 対 女性100 となっている。

人口密度は2000年国勢調査では10,937人/km2、2005年国勢調査では11,190人/km2である。東京23区で19番目の低人口密度となっているが、これは前述の通り羽田空港の面積を含むからである。それでも東京都平均の約2倍、全国平均の約33倍に相当する。

世帯当たりの人員は2000年国勢調査では2.19人、2005年国勢調査では2.11人と減少傾向にある。

外国人登録者数は一定している。大田区戸籍住民課調べでは毎年1月1日時点で2003年15,534人、2004年16,015人、2005年15,716人、2006年16,181人、2007年16,475人、2019年1月1日現在でその数は24,199人に達している。国籍では中国、韓国朝鮮、フィリピンの順に多い。

人口は増加傾向にあり、世帯数はさらに急増傾向にあるため、1世帯当たりの人員は縮小傾向にある。これは「夫婦と子供世帯」の大家族世帯が減少し、「単身世帯」や「夫婦のみの2人世帯」が増加していることを示している。

大田区高齢福祉課の予想では2023年度には区域の5人に1人が、75歳以上の後期高齢者となる。

大田区と全国の年齢別人口分布（2005年）大田区の年齢・男女別人口分布（2005年）
■紫色 ― 大田区
■緑色 ― 日本全国■青色 ― 男性
■赤色 ― 女性
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現在、技術上の問題で一時的にグラフが表示されなくなっています。

大田区（に相当する地域）の人口の推移
総務省統計局 国勢調査より

昼夜間人口

2005年に夜間人口（居住者）は664,029人であるが、区外からの通勤者と通学生および居住者のうちの区内に昼間残留する人口の合計である昼間人口は657,209人で、昼は夜の0.99倍の人口になる[2]（国勢調査では年齢不詳の者が東京都だけで16万人いる。上のグラフには年齢不詳のものを含め、昼夜間人口に関しては年齢不詳の人物は数字に入っていないので数字の間に誤差は生じる）。区内の繁華街（大森、蒲田）では夜より昼の人口が多く、郊外の町（東急沿線）では昼より夜の人口が多いため、相殺されて上記の数字となっている。
地理

区の中央に位置する平地部は市街地が広がり、ビルやマンションなどが立ち並ぶ。

京浜運河より東側は埋立地となっており、物流拠点や工業団地がある。野鳥公園、海浜公園などが整備されている。

池上通りより西側は丘陵部となっており、小規模なアパートや民家、農地が混在している。丘陵部には臼田坂、蓬莱坂など名称を持つ坂が約50ある。標高は東から西に向かって高くなり、最高点では約42.5mとなる。

飛び地状の領域として、令和島地区1.03km2が中央防波堤埋立地西側に存在し、2020年6月1日に町名の新設及び住居表示が実施された。

埋立地以外の領域はほとんどが多摩川の左岸にあるが、右岸の河川敷に一部、川崎市川崎区に囲まれた飛び地状の領域がある。逆に、大師橋付近の左岸の河川敷には川崎市の飛び地がある。これらは、かつて大きく蛇行していた多摩川の旧流路の痕跡である[3]。
隣接する自治体・行政区

括弧内は行政区を示す。

東京都

江東区

品川区

目黒区

世田谷区

神奈川県

川崎市（川崎区、幸区、中原区）

面積平和島付近の航空写真（1989年）昭和島付近の航空写真（1974年）

大田区は東京湾の埋め立てによって区域を拡大してきた。1967年（昭和42年）平和島および昭和島、1972年（昭和47年）大井ふ頭、1974年（昭和49年）京浜島、1978年（昭和53年）城南島と次々に人工島を造成し、更に1984年（昭和59年）から始まった羽田空港沖合埋立て工事が1992年（平成4年）に完了したことで、世田谷区を抜いて東京23区総面積の9.6%を占める最も大きな区となった（同時に大田区の総面積の約3割を羽田空港が占めるようになった）。

中央防波堤周辺の帰属問題については「中央防波堤埋立地」を参照。
気候・気象

区域は、気象庁の警報注意報の発表区域では東京地方23区西部に、ケッペンの気候区分では温帯の温暖湿潤気候に属する。冬季の降雪はほとんどない。区域では北寄りの風が多い。羽田空港滑走路も北寄りの風に対応している。

区域には気象庁が東京23区に設置しているアメダス観測地点の一つがある。羽田観測地点（北緯35度33.2分、東経139度46.8分、標高6m）で、降水量、気温、風向風速を観測している。当初は降水量のみ観測していたが、1993年から気温、風向風速の観測も始めた。

東京国際空港（羽田空港、東京航空地方気象台）の気候
月1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月年
最高気温記録 °C （°F）21.1
(70)22.3
(72.1)24.8
(76.6)27.8
(82)31.3
(88.3)35.5
(95.9)37.1
(98.8)38.2
(100.8)35.5
(95.9)32.1
(89.8)27.2
(81)24.8
(76.6)38.2
(100.8)
平均最高気温 °C （°F）9.8
(49.6)10.4
(50.7)13.7
(56.7)18.5
(65.3)22.9
(73.2)25.5
(77.9)29.5
(85.1)31.2
(88.2)27.2
(81)21.9
(71.4)16.9
(62.4)12.3
(54.1)20.0
(68)
日平均気温 °C （°F）6.3
(43.3)6.8
(44.2)9.8
(49.6)14.5
(58.1)19.0
(66.2)22.0
(71.6)25.8
(78.4)27.4
(81.3)24.0
(75.2)18.9
(66)13.8
(56.8)8.9
(48)16.4
(61.5)
平均最低気温 °C （°F）2.7
(36.9)3.3
(37.9)6.1
(43)10.8
(51.4)15.7
(60.3)19.3
(66.7)23.2
(73.8)24.6
(76.3)21.4