Huyện Tân Kỳ đông giáp các huyện Yên Thành và Quỳnh Lưu; phía tây và tây nam giáp các huyện Anh Sơn, Tân Kỳ là một huyện miền núi thấp vùng tây bắc tỉnh Nghệ An, nằm trong toạ độ từ 18058’ đến 19032’ vĩ độ bắc và từ 105003’ đến 105014’ kinh độ đông phía bắc giáp các huyện Nghĩa Đàn và Quỳ Hợp; Phía nam giáp các huyện Đô Lương và Anh Sơn; phía Sơn và Quỳ Hợp.
Diện tích tự nhiên725.814 Kmđứng thứ 9 trong 19 huyện, nằm trên trục đường chiến lược đường Hồ Chí Minh, giao điểm của các tuyến giao thông Bắc – Nam, Đông – Tây; đầu mối của quốc lộ 48 nối đường Hồ Chí Minh, 15A, 15B, 545, đường trại Lạt-Cây Chanh. Đất nông nghiệp có 12.745ha chiếm 17,5%; đất lâm nghiệp có rừng 15.462 ha chiếm 21,5%; đất chuyên dùng 3.134 ha chiếm 4,3%; đất ở 798 ha chiếm 1,1% đất chưa sử dụng và sông suối núi đá có 40,227 ha chiếm 55,6%. Tân Kỳ có 7 nhóm đất: Đất phù sa, đất nâu vàng, đất lúa vùng đồi núi, đất pheralit đỏ vàng vùng đồi, đất pheralit xói mòn trơ sỏi đá, đất đen và đất pheralit đỏ vàng vùng núi thấp. Diện tích đất chưa sử dụng còn lớn nhất là các xã Nghĩa Hành, Tân Hợp, Đồng Văn, Giai Xuân, Nghĩa Dũng, Kỳ Sơn, Phú Sơn, Nghĩa Bình.
Địa hình Tân Kỳ như một lòng chảo, từ vùng cao Tân Hợp, Tân Xuân, Giai Xuân, thấp dần về sông con. Núi cao nhất là đỉnh Pù Loi (1100m), rồi đến đỉnh Pù Hà (490m), Bồ Bồ (472m) tổng diện tích lâm nghiệp có rừng và đất có khả năng nông lâm nghiệp toàn huyện gồm 35.000ha chiếm 47,65% diện tích tự nhiên. Độ che phủ rừng chiếm từ 11%-26%. Hệ thống hang động với thạch nhũ tuyệt đẹp mới được phát hiện thuộc xã Đồng Văn dài hàng km, được ví là Phong Nha của Nghệ An
Khoáng sản trên địa bàn huyện Tân Kỳ có 4 loại khoáng sản phi kim loại với trữ lượng khá như: đá vôi có lượng 150 triệu m3 tập trung ở các xã Tân hợp, Đồng Văn, Tiên Kỳ, Nghĩa Phúc, Kỳ Sơn… đất sét nung gạch ngói, gốm sứ, tập trung ở vùng Cừa xã Nghĩa Hoàn với trữ lượng khá, than bùn có trữ lượng ước độ 540 ngàn mét khối, đá hoa cương ở xã Tiên Kỳ…
Về thuỷ sản: Tân Kỳ có sông con chảy qua 12 xã với chiều dài 60km và 6 con khe lớn như Khe Thiềm, Khe Thầm, Khe Lá, Khe Loà, Khe Sanh, Khe Cừa với tổng chiều dài 300km nguồn nước không bao giờ cạn.
Về thuỷ lợi: Tân Kỳ có tỏng số 119 hồ đập vừa và nhỏ, tổng diện tích 47,2 triệu mét khối nước, 450 ha mặt nước.
Khí hậu Tân Kỳ nhiệt đới ẩm gió mùa, mùa hè nóng bức, thường có gió tây nam (gió Lào) có khi nhiệt độ lến tới 420