Huyện Vĩnh Lộc nằm ở phía bắc tỉnh Thanh Hóa, có vị trí địa lý:

• Phía bắc giáp huyện Thạch Thành
• Phía nam giáp huyện Yên Định
• Phía tây giáp huyện Cẩm Thủy
• Phía đông giáp huyện Hà Trung.

Huyện Vĩnh Lộc nằm trong vùng đồng bằng sông Mã, có diện tích 157,4 km2, cách thành phố Thanh Hóa 45 km về phía tây bắc theo quốc lộ 45, cách thị xã Bỉm Sơn 40 km về phía tây theo quốc lộ 217.