Huyện nằm ở phía tây bắc tỉnh Bình Dương, có vị trí địa lý:

• Phía bắc và đông bắc giáp tỉnh Bình Phước
• Phía đông giáp huyện Bàu Bàng
• Phía đông nam giáp thị xã Bến Cát
• Phía tây và tây nam giáp hồ Dầu Tiếng và tỉnh Tây Ninh
• Phía nam giáp Thành phố Hồ Chí Minh.

Huyện có diện tích 719 km² và dân số năm 2012 là 115.780 người. Huyện ly là thị trấn Dầu Tiếng nằm trên đường tỉnh lộ 744 cách Thành phố Thủ Dầu Một 50 km về hướng tây bắc và cách hồ Dầu Tiếng 7 km về hướng nam. Tỉnh lộ 240 theo hướng đông nam đi Bến Cát, tỉnh lộ 239 theo hướng đông bắc đi Chơn Thành.