İlçemiz; İzmit Körfezi ile Sapanca Gölü arasında yer almaktadır. İlçemizin batı bölgesinde Köseköy ve Arslanbey yerleşim alanları dahil olmak üzere, doğuya doğru ilerlendiğinde, Köseköy 'ün hemen batısında Sarımeşe, kuzey kesimde Uzunçiftlik, Uzuntarla ve Eşme, güney kesimde Suadiye, Büyükderbent ve Maşukiye, orta kesimde Acısu yerleşimleri bulunmaktadır.

          Kısaca İlçemiz, batıda Köseköy yerleşim alanından başlayarak doğuda Sapanca Gölü ve Sakarya sınırına, yine güneyde ve güneydoğuda Kartepe Dağını içine alacak şekilde Sakarya sınırına, güneybatıda ve güneyde Başiskele ilçesine, kuzeyde İzmit İlçesine dayanmaktadır. Kartepe'nin güney kesimini, doğu-batı doğrultusunda uzanan ve yüksek bir kütle oluşturan Samanlı Dağları'nın orta bölümü meydana getirir. İzmit Körfezi ile İznik Gölü, kısmen de Sakarya Nehri arasındaki su bölümü sahasını teşkil eden bu bölüm çeşitli yüksekliklerdeki platolardan oluşur. İlçemizin Yüz Ölçümü  ise 269 km² dir.

          Özellikle 1602 rakımlı Kartepe, İlçemiz sınırlarında bulunan ve İlimizin de en yüksek tepesidir. Topoğrafik eğim Kocaeli kuzeyine göre daha diktir. Samanlı Dağları, Armutlu Yarımadası'ndan başlayıp, güneybatıdan il alanına girer. Bu dağlar, batı-doğu doğrultusunda uzanır. 130 km uzunlukta, 30 km genişliğindedir. Kocaeli'nin Samanlı Dağları kesimi ormanlarla kaplıdır. Genellikle dağların yukarı kesimleri iğne yapraklı ağaçlarla, aşağı kısımları geniş yapraklı ağaçlarla kaplıdır. Arazi yapısı jeolojik yönden alüvyonlu malzemelerle kaplı olup, yerleşim alanının kuzeyinde Kuzey Anadolu Dağları uzantıları, mevcut olup, içinden Kilez deresi geçmektedir.

          Merkez belediye Köseköy'ün kuruluşu 1600'lüyıllara kadar gitmektedir. Ancak zaman zaman yapılan kazılarda ortaya çıkan Roma ve Bizans dönemlerine ait tarihi eser ve mezarlara bakıldığında Köseköy'ünkuruluşunun 1600'lü yıllardan çok daha önceki tarihlere dayandığı, Bitinya ile başladığı söylenebilir. Kurtuluş Savaşı'nda çevre köylerde ikamet eden Rumlar hem beldeye hem de belde halkına büyük zarar vermişlerdir. 1925 yılında Türkiye ile Yunanistan arasında yapılan nüfus mübadelesi sonunda Yunanistan'dan Türkiye'ye gönderilen vatandaşların yerleşmeleri ile göç almaya başlayan Köseköy, daha sonraki yıllarda başta Karadeniz Bölgesi olmak üzere ülkemizin değişik yörelerinden göç almaya devam etmiştir.

          1955 yılında yapılan genel nüfus sayımında 400 civarında nüfusa sahip Köseköy, 1960 yılından itibaren lastik fabrikaları ve diğer sanayi tesislerinin kurulup gelişmesi ile hızlı bir nüfus artışı gerçekleşmiş ve 1970'li yılların başlarında 2000 nüfusa ulaşarak belediye kurulması için yapılan referandum sonucunda belediye statüsüne kavuşmuştur.

          22.03.2008 tarih ve 26824 sayılı Resmi Gazete' de yayımlanarak yürürlüğe giren 5747 sayılı Büyükşehir Belediyesi Sınırları İçerisinde İlçe Kurulması ve Bazı Kanunlarda Değişiklik Yapılması Hakkında Kanun'un 1/32. maddesi gereğince; Uzunçiftlik, Uzuntarla, Eşme, Acısu, Maşukiye, Büyükderbent, Arslanbey, Sarımeşe ve Suadiye ilk kademe belediyelerinin tüzel kişilikleri kaldırılarak mahalleleri ile birlikte Köseköy İlk Kademe Belediyesine katılmıştır. Köseköy Belediyesi merkez olmak ve Köseköy Belediyesinin adı Kartepe olarak değiştirilmek üzere Kocaeli İlinde Kartepe İlçesi kurulmuştur.

          06.12.2012 tarih ve 28489 sayılı Resmi Gazete' de yayımlanarak yürürlüğe giren 6360 sayılı On Dört İlde Büyükşehir Belediyesi ve Yirmi Yedi İlçe Kurulması İle Bazı Kanun ve Kanun Hükmünde Kararnamelerde Değişiklik Yapılmasına Dair Kanun'un 1/4. maddesi gereğince; Sultaniye, Pazarçayırı, Örnekköy, Karatepe, Balaban, Nusretiye, Şirinsulhiye, Avluburun, Eşme Ahmediye ve Ketenciler köylerinin tüzel kişilikleri kaldırılarak, Kartepe İlçe Belediyesine mahalle olarak katılmışlardır.

          Tüzel kişiliği kaldırılarak mahalleye dönüşen köyler ile birlikte ilçemiz sınırları içerisinde 32 adet mahalle bulunmaktadır.