Huyện Lệ Thủy nằm ở phía nam tỉnh Quảng Bình, có vị trí địa lý:

• Phía bắc giáp huyện Quảng Ninh
• Phía đông giáp Biển Đông
• Phía nam giáp các huyện Hướng Hóa và Vĩnh Linh, tỉnh Quảng Trị
• Phía tây giáp tỉnh Khammouan của Lào.

Diện tích tự nhiên của huyện Lệ Thủy là 142.052 ha. Phía tây là dãy Trường Sơn, địa hình dốc theo hướng đông với vùng núi, đồi, có suối nước khoáng Bang với nguồn nước khoáng đang được khai thác làm nơi nghỉ dưỡng và làm nước uống đóng chai. Ở giữa là một dải đồng bằng hẹp hai bên bờ sông Kiến Giang. Ven biển là một dải cồn cát trắng. Vùng biển của huyện Lệ Thủy là những bãi cát trắng, nước biển sạch. Hiện đã có bãi tắm tại Ngư Thủy được đưa vào khai thác.

Đây cũng là địa phương có dự án Đường cao tốc Quảng Bình – Quảng Trị đi qua đang được xây dựng.