北辰區位於天津市城北，北運河畔。東以北京排污河與寧河縣相鄰，邊界線長20.66千米；東南隔金鐘河、新開河與東麗區相望，邊界線長22.99千米；南與河北區、紅橋區相連；西南以子牙河與西青區相界，邊界線長27.5千米；西、北均與武清縣相接，邊界線長25.14千米。南北緯寬20.8千米，比較窄處柳灘村南至劉馬莊西北14.4千米；東西經長43.2千米，比較寬處東堤頭村東至線河村西46.3千米。總面積478.48平方千米。

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