Huyện Vĩnh Cửu nằm ở phía tây bắc tỉnh Đồng Nai, trải dài từ vườn quốc gia Cát Tiên đến thành phố Biên Hòa và có vị trí địa lý:

• Phía đông giáp các huyện Định Quán và Tân Phú
• Phía tây giáp tỉnh Bình Dương
• Phía nam giáp huyện Trảng Bom và thành phố Biên Hòa
• Phía bắc giáp tỉnh Bình Phước.

Huyện có diện tích 1.092 km², dân số năm 2019 là 367.377 người, mật độ dân số đạt 500 người/km². Huyện lỵ của huyện là thị trấn Vĩnh An nằm ở phía tây nam hồ Trị An, trên đường tỉnh lộ 767 và cách thành phố Biên Hòa 30 km về hướng tây bắc.