Huyện Nghi Xuân nằm ở phía đông bắc tỉnh Hà Tĩnh, cách thủ đô Hà Nội 310 km về phía bắc, cách thành phố Hà Tĩnh 47 km, cách thị xã Hồng Lĩnh 15 km về phía nam và có vị trí địa lý:

• Phía tây nam giáp thị xã Hồng Lĩnh
• Phía nam giáp huyện Can Lộc và huyện Lộc Hà
• Phía bắc giáp thị xã Cửa Lò và huyện Nghi Lộc, tỉnh Nghệ An
• Phía tây bắc giáp huyện Hưng Nguyên và thành phố Vinh, tỉnh Nghệ An
• Phía đông giáp Biển Đông.

Huyện Nghi Xuân có diện tích 218 km² và dân số năm 2016 là 99.657 người. Huyện Nghi Xuân cách sân bay Vinh chưa đầy 20 km, đi cửa khẩu Cầu Treo biên giới Việt - Lào 110 km theo đường quốc lộ 8, đi khu kinh tế Vũng Áng (Kỳ Anh) 115 km. Có khu du lịch Xuân Thành, cảng cá Xuân Hội, cảng Xuân Hải; có hệ thống giao thông khá thuận lợi với hai nhánh đường quốc lộ với chiều dài gần 35 km; có 32 km bờ biển với các bãi biển thoải, nước biển trong xanh; sông Lam chảy ven phía tây bắc với chiều dài trong địa phận huyện là 28 km. 3,72% dân số theo đạo Thiên Chúa.