Huyện Bố Trạch nằm ở trung tâm tỉnh Quảng Bình và là huyện có diện tích lớn nhất tỉnh (2.123,1 km²), lớn thứ 3 cả nước (sau huyện Tương Dương, Nghệ An và huyện Mường Tè, Lai Châu), có vị trí địa lý:

• Phía đông giáp Biển Đông
• Phía tây giáp tỉnh Khăm Muộn thuộc Cộng hòa dân chủ nhân dân Lào
• Phía tây bắc giáp huyện Minh Hóa
• Phía nam giáp huyện Quảng Ninh
• Phía đông nam giáp thành phố Đồng Hới
• Phía bắc giáp huyện Tuyên Hóa và thị xã Ba Đồn.

Sông chảy qua huyện này có sông Son, sông Dinh, sông Lý Hòa.