Huyện Thới Bình nằm về phía bắc tỉnh Cà Mau, có vị trí địa lý:

• Phía tây giáp huyện U Minh chiều dài 47,6 km
• Phía nam giáp thành phố Cà Mau và huyện Trần Văn Thời chiều dài 23,5 km
• Phía đông giáp các huyện Hồng Dân, Phước Long và thị xã Giá Rai, tỉnh Bạc Liêu chiều dài 22,7 km
• Phía bắc và đông bắc giáp các huyện An Minh, U Minh Thượng, Vĩnh Thuận, tỉnh Kiên Giang chiều dài 46,5 km.

Huyện Thới Bình cùng với thành phố Cà Mau và huyện Cái Nước là 3 địa phương của tỉnh không giáp biển. Thới Bình nổi tiếng với dòng sông Trẹm đã đi vào văn học với tiểu thuyết Bên dòng sông Trẹm của Dương Hà. Là huyện có vị trí tiếp giáp với nhiều địa phương ngoài tỉnh, huyện Thới Bình đóng vai trò là địa phương "cửa ngõ" nằm ở phía Bắc kết nối tỉnh Cà Mau với các tỉnh khác trong vùng Đồng bằng sông Cửu Long.

Diện tích và dân số

Diện tích tự nhiên 636,39 km², bằng 12,02% diện tích tự nhiên của tỉnh.

Đến 01/01/2017, dân số có 31.857 hộ, với 135.966 người, chiếm 11,11% dân số của tỉnh. Trong đó, có 68.175 nam và 67.791 nữ. Ở khu vực thành thị có 2.530 hộ, với 10.782 người. Ở khu vực nông thôn có 29.370 hộ, với 125.184 người. Trên địa bàn huyện có 03 dân tộc: Kinh - Hoa – Khmer sinh sống.

Điều kiện tự nhiên

Là một huyện thuộc bán đảo Cà Mau, Thới Bình có địa hình đặc trưng của khu vực này là đồng bằng, ngập mặn. Huyện có một phần nằm trong rừng U Minh.

Toàn huyện là đồng bằng, độ cao trung bình từ 0,4m đến 0,8m so với mặt nước biển. Tầng địa chất tương đối đồng nhất, cấp tải trọng yếu. Đất được chia thành 2 nhóm đất chính: nhóm đất mặn ít chiếm 27%; nhóm đất phèn chiếm 73%.

Huyện Thới Bình mang đặc trưng của khí hậu nhiệt đới gió mùa cận xích đạo, nhiệt độ trung bình 26,5 độ C, tháng có nhiệt độ trung bình cao nhất là tháng 4 (27,6 độ C), tháng có nhiệt độ trung bình thấp nhất là tháng 1 (24,9 độ C). Một năm có 2 mùa: mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 11 (trung bình chiếm 90% lượng mưa hàng năm), mùa khô từ tháng 12 đến tháng 4 năm sau. Lượng mưa trung bình hàng năm 2.390 mm.

Diện tích tự nhiên 63.997 ha, diện tích trồng lúa 27.832 ha (trong đó diện tích lúa hè thu 3.065 ha, lúa lắp vụ 2 3.065 ha, lúa - tôm 21.702 ha); diện tích nuôi tôm 45.340 ha (trong đó diện tích nuôi cá 1.309 ha, diện tích nuôi tôm 44.031 ha); diện tích mía 1.500 ha.