Huyện Trần Văn Thời nằm ở phía tây tỉnh Cà Mau.

Địa giới hành chính huyện Trần Văn Thời:

• Phía đông giáp thành phố Cà Mau
• Phía tây trông ra vịnh Thái Lan
• Phía nam giáp huyện Phú Tân
• Phía bắc giáp huyện U Minh
• Phía đông nam giáp huyện Cái Nước, huyện Phú Tân
• Phía đông bắc giáp huyện Thới Bình
• Phía Đông giáp thành phố Cà Mau.

Diện tích tự nhiên 702,72 km², chiếm 13,27% diện tích tự nhiên của tỉnh.

Đến 01/01/2017, dân số có 45.603 hộ, với 190.081 người, chiếm 15,5% dân số của tỉnh. Trong đó, có 95.308 nam và 94.773 nữ. Ở khu vực thành thị có 10.499 hộ, với 44.624 người. Ở Khu vực nông thôn có 35.104 hộ, với 145.457 người.