圣克拉拉谷位于北加州、旧金山湾的南岸，呈南-东南走向，大部分位于圣塔克拉拉县和县中心圣荷西。谷的北部在地理上被称为“南湾”，包括重要的电子、科技园区硅谷。圣克拉拉谷得名于圣克拉拉传教所，有很多的果园、开满鲜花的树和各式各样的植物。一直到60年代，这里都是最大的水果生产地和批发地，有着39个罐头厂。

山谷北端在旧金山湾南部，南端则在霍利斯特附近，西南边是圣克鲁兹山（英语：Santa Cruz Mountains），而东北部则是代阿布洛岭。北部的大部分城镇被称作“硅谷”，而在地理上，北部由于在旧金山湾南部而被称作“南湾”。山谷长约30英里（50千米） ，宽15英里（20千米），最大的城市是圣何塞，占整个山谷面积的86.7%。山谷地区共有人口181万 。

圣克拉拉谷的气候是地中海半干旱气候。山谷曾因为非常肥沃的土地，一直是重要的农业产地，而现在已经高度城市化，只有南部的吉尔罗伊还是农田。现在在此地区已经很难找到当年农业的痕迹了，但是圣克拉拉谷葡萄产区（英语：Santa Clara Valley AVA）还是大片的葡萄园和酒庄。这个产区是加州（也可能是全美国）第一批开始商业生产葡萄酒的地区，使用着从法国进口的、高质量的葡萄品种。