Huyện Đồng Hỷ có vị trí địa lý:

• Phía đông và đông bắc giáp huyện Võ Nhai
• Phía đông nam giáp huyện Yên Thế, tỉnh Bắc Giang
• Phía tây giáp huyện Phú Lương
• Phía nam giáp thành phố Thái Nguyên và huyện Phú Bình
• Phía bắc giáp huyện Chợ Mới, tỉnh Bắc Kạn.

Huyện Đồng Hỷ có diện tích 427,73 km2, dân số năm 2019 là 90.709 người, mật độ dân số đạt 212 người/km2.

Huyện Đồng Hỷ là trung tâm quân sự của 6 tỉnh phía Bắc (Thái Nguyên, Bắc Ninh, Bắc Giang, Bắc Kạn, Lạng Sơn, Cao Bằng) với trụ sở Quân khu 1 đóng trên địa bàn.

Tài nguyên khoáng sản

Huyện Đồng Hỷ có nguồn tài nguyên khoáng sản phong phú như quặng sắt ở Mỏ sắt Trại Cau. Khai thác núi đá vôi ở Mỏ đá Núi Voi và rất nhiều các mỏ khai thác đá vôi khác nằm trên địa bàn huyện Đồng Hỷ.

Dân cư

Dân số huyện Đồng Hỷ tính đến ngày 1 tháng 4 năm 2019 là 90.709 người, xếp thứ 7 trong toàn tỉnh, chỉ đông hơn huyện Định Hoá và huyện Võ Nhai.

Năm 2017, do điều chỉnh địa giới hành chính, 3 đơn vị hành chính: thị trấn Chùa Hang và 2 xã Linh Sơn và Huống Thượng chuyển về thành phố Thái Nguyên quản lý và nhiều người dân nơi đây di cư đến nơi khác nên dân số bị giảm đáng kể.

Dân số của huyện có lợi thế tăng nhanh trong những năm gần đây và cũng bị giảm đáng kể do bị thay đổi các đơn vị hành chính trên địa bàn huyện.

Đặc điểm dân cư huyện Đồng Hỷ đa dạng là do sự di cư đến đây sinh sống lao động và làm việc. Về thành phần tôn giáo, bao gồm Phật giáo, Công giáo, Tin Lành,...