Huyện Vân Hồ nằm ở phía đông nam tỉnh Sơn La, có vị trí địa lý:

• Phía đông giáp các huyện Đà Bắc và Mai Châu, tỉnh Hòa Bình
• Phía tây giáp huyện Mộc Châu
• Phía nam giáp các huyện Mường Lát và Quan Hóa thuộc tỉnh Thanh Hóa
• Phía tây nam giáp huyện Sốp Bâu, tỉnh Hủa Phăn, nước CHDCND Lào
• Phía bắc giáp huyện Phù Yên với ranh giới là sông Đà.

Toàn huyện có khoảng hơn 55.797 dân (2013), với diện tích 979,84 km², mật độ dân số đạt khoảng 57 người/km².

Diện tích đất nông nghiệp: 63.841 ha, đất phi nông nghiệp: 2.871 ha, đất chưa sử dụng: 31.272 ha.