İlçenin doğusunda Konak, batısında Narlıdere, güney ve güneydoğusunda Karabağlar kuzeyinde ise İzmir Körfezi bulunmaktadır. Bu konumuyla Balçova İlçesi, at nalı şeklindeki İzmir Körfezi'nin güney kıyılarında yer almaktadır. İzmir merkeze 8 kilometre uzaklıktadır. İlçe merkezinin yayılım alan denizden uzak 20 ile 80 metre arası değişmektedir. İlçenin havaalanına uzaklığı ise 18 kilometredir. Balçova, Anakent sınırları içerisinde yer alır. İlçe denize yakın yani kuzey tarafa kurulmuştur. Güney tarafı ise orman ve dağlarla kaplıdır. Yüzölçümü 29 km2 olup nüfus yoğunluğu 3229’dur. Konak ilçesine bağlıyken 3.6.1992 târihli 3806 sayılı kânunla ilçe olmuştur. Balçova Termal Tesisleri, Dokuz Eylül Üniversitesi Tıp Fakültesi, İzmir Ekonomi Üniversitesi ve Türkiye’nin ikinci büyük teleferiği bu ilçenin sınırları içerisinde yer almaktadır.

Balçova’nın tarihteki yeri ilçede bulunan kaplıcaların tarihi ile aynı döneme rastlar. Bu tarih M.Ö.1200 yıllarına denk gelir. Dünyanın en önemli destanlarından biri olan İlyada ve Odesia’nın yazarı olan şair Homeros M.Ö. 8 yy. da İzmir’de yaşamıştır. Homeros’un İlyada Destanı’nın bir bölümünde bahsettiği Agamemnon ve Menelaos Troia “Truva” seferini yapan Akhai ordusunun başında bulunan iki komutandır. Askerlerin burada şifa bulması ve de yaralarının iyileşmesi üzerine şifalı suyun çıktığı yerlere tesis olarak kapalı hücreler yapılmıştır. Tarih boyunca birçok medeniyetin hakimiyeti altına girmiştir. Türklerin bölgeye gelmesi 1300’lü yıllarda, hakimiyet kurması ise 1400’lü yıllarda olmuştur. 1910 yılına ait İzmir Vilayeti Haritası’nda Balçova Köyü olarak adlandırılan bölgede ilk belediye 01.03.1963 yılında kurulmuştur. İlçe 1980 yılında Narlıdere merkez olarak şube konumuna gelmiş, 03.06.1992 tarihinde ise tekrar belediye durumuna getirilmiştir. İlçenin tarihi İzmir’in tarihi ile iç içe olup tahminen 3000 yıllık bir geçmişe sahiptir. İlçenin ilk sakinleri bugünkü Narlıdere’nin deniz kenarında oturmakta idiler. O dönem denizlerden gelen korsan istilasından kurtulmak için bugünkü Balçova’nın kurulduğu eski Balçova köyüne göç ederek yerleşmişlerdir. O dönemde Ayesefit olarak kullanılan köyün adı, köy arazisinin büyük bir kısmının balçık olması nedeniyle Balçık Havi olarak değişmiş ve daha sonra ise bugünkü ismi olan Balçova adını almıştır. Çeşitli medeniyetlerin yer aldığı Balçova’da bugün Romalılardan kalma Agememnon Kaplıcaları ve Yunanlardan kalma bir su kuyusu ve mahzeni bulunmaktadır.

İlçenin 6 km doğal sahil şeridi bulunmakta, ayrıca bir adet baraj gölü (Cengiz Saran Barajı) ve 5 adet dere (Yahya Deresi, Sarıpınar Deresi, Hacı Ahmet Deresi, Molla Kuyu Deresi ve Ilıca Deresi) mevcuttur. İnciraltı dışında ilçenin kuzey kısmında ormanlar ve seracılık vardır. Orta taraflar yerleşim yeri olarak seçilmiştir. Güney taraf dağlık olduğu boş bırakılmıştır. Dağın eteklerinde ise ormanlık alan vardır. Bazen kışın soğuk olduğunda çok az kar yağan İzmir'in bu tepesinde kar görebilirsiniz.

Bu ilçede Akdeniz iklimi görülmektedir. Yazları sıcak ve kurak kışları ılık ve yağışlı geçer. İlçede hüküm süren Akdeniz iklim şartlarına ve toprak özelliklerine bağlı olarak farklı bitki toplulukları yer almaktadır. İklim şartlarına göre oluşan ve doğal ortamda denge halinde olan bitki toplulukları asıl Akdeniz bitki topluluklarından oluşmaktadır. Balçova ve çevresindeki toprak oluşumunda coğrafi-jeomorfoloji ana materyal özellikler ve zamana bağlı olarak fiziksel ve kimyasal özellikler, çok değişik olan farklı toprak gruplarını meydana getirmiştir. Bunlar, Zonal ve Azonal toprak gruplarından oluşmaktadır. Zonal topraklar “Kırmızı Akdeniz Toprakları” Akdeniz iklim şartlarının etkisi ile oluşmuş bu toprağa Teleferik Dağının eteklerinde rastlanmaktadır. Bu toprak verimlilik yönünden orta ve kireç yönünden oldukça fakirdir. Azanol topraklar (Alüvyal topraklar) bu toprak çeşidi Balçova yerleşim merkezi ile kıyı arasında dar bir şerit halinde uzanan ovada yaygındır. Kumlu, milli ve killi bünyededir. Ayrıca ova yüzeyi ile güneyde yükselen dağlık kesim arasındaki eteklerde Kolüvyal topraklar gelişmiştir. Çatalkaya’nın kuzey yamaçlarında maki, Teke Dağının yamaçlarında ise çoğunlukla kısa boylu çalılardan oluşan garig türleri stabil duruma geçmiştir.