Quận Đồ Sơn được thành lập ngày 12 tháng 9 năm 2007 trên cơ sở toàn bộ diện tích của thị xã Đồ Sơn cũ và xã Hợp Đức thuộc huyện Kiến Thuỵ theo nghị định 145/2007/NĐ-CP của Chính phủ nước CHXHCN Việt Nam.

Đồ Sơn là một bán đảo nhỏ do dãy núi Rồng vươn dài ra biển tới 5 km, với hàng chục mỏm đồi cao từ 25 đến 130 m.

Về phía tây và tây bắc, quận Đồ Sơn tiếp giáp với huyện Kiến Thụy và quận Dương Kinh, các hướng còn lại tiếp giáp với biển Đông. Do ở phía bắc và phía nam của quận là hai cửa sông Lạch Tray và Văn Úc thuộc hệ thống sông Thái Bình đổ ra biển đem theo nhiều phù sa, cộng thêm việc quai đê lấn biển ở Đảo Hòn Dấu để xây dựng khu Resort cao cấp, nên nước biển ở khu vực này (nhất là khu II) đục nhưng vẫn có sức thu hút du khách.