Huyện Bình Xuyên nằm gần trung tâm tỉnh Vĩnh Phúc, có tọa độ địa lý từ 21°12’57”B đến 21°27’31”B và 105°36’06”Đ đến 105°43’26”Đ và có vị trí địa lý:

• Phía đông nam giáp huyện Mê Linh, thành phố Hà Nội
• Phía đông giáp thành phố Phúc Yên
• Phía bắc và phía đông bắc giáp tỉnh Thái Nguyên và huyện Tam Đảo
• Phía tây bắc giáp huyện Tam Dương
• Phía tây giáp thành phố Vĩnh Yên
• Phía tây nam giáp huyện Yên Lạc.

Hệ thống sông chính ở Bình Xuyên là sông Cà Lồ và các phụ lưu của nó là sông Phan và sông Cánh.