Can Lộc là huyện bán sơn địa, nằm ở phía bắc tỉnh Hà Tĩnh; phía Bắc giáp với huyện Nghi Xuân và thị xã Hồng Lĩnh, phía Nam giáp huyện Thạch Hà, phía Tây giáp với huyện Đức Thọ và Hương Khê, phía Đông giáp với huyện Lộc Hà. Diện tích tự nhiên của huyện là 30.128,33 ha, chiếm 5,04% diện tích tự nhiên của toàn tỉnh, xếp thứ 7 trong tổng số 12 huyện, thị, thành phố.
Huyện có 23 đơn vị hành chính, bao gồm 1 thị trấn và 22 xã: thị trấn Nghèn, xã Thiên Lộc, Thuần Thiện, Kim Lộc, Vượng Lộc, Thanh Lộc, Song Lộc, Thường Nga, Trường Lộc, Tùng Lộc, Yên Lộc, Phú Lộc, Khánh Lộc, Gia Hanh, Vĩnh Lộc, Tiến Lộc, Trung Lộc, Xuân Lộc, Thượng Lộc, Quang Lộc, Đồng Lộc, Mỹ Lộc, Sơn Lộc. Huyện lỵ của Can Lộc là thị trấn Nghèn cách thành phố Hà Tĩnh 20 km, cách thị xã Hồng Lĩnh 10 km, cách thành phố Vinh (Nghệ An) 30 km. Huyện nằm ở vị trí các đầu mối giao thông quan trọng như Quốc lộ 1A, Quốc lộ 15, tỉnh lộ 12, tỉnh lộ 6, tỉnh lộ 7... nối liền với các huyện thị trong tỉnh. Đây là điều kiện thuận lợi để giao lưu và phát triển kinh tế, văn hóa, tiêu thụ sản phẩm của toàn huyện.
Can Lộc có địa hình lòng chảo, nghiêng từ Tây sang Đông, từ Bắc vào Nam. Phía Tây và phía Bắc là dãy núi cao, kế tiếp là đồi thoải đến dải đồng bằng nhỏ hẹp. Địa hình huyện Can Lộc bị chia cắt bởi hệ thống sông ngòi và đồi núi. Về cơ bản địa hình Can Lộc được chia thành ba kiểu đặc trưng:
Kiểu địa hình núi thấp: phân bố ở xã Thiên Lộc và Thuần Thiện, là vùng phía Bắc của huyện, có địa hình dốc, đất đai thuộc dạng pha cát, có khả năng sử dụng trồng cây công nghiệp ngắn ngày như đậu, lạc, cây hoa màu và trồng rừng.
Kiểu địa hình đồi: là khu vực chuyển tiếp giữa núi và đồng bằng được phân thành hai kiểu: Kiểu địa hình đồi cao: có khả năng phát triển kinh tế nông - lâm kết hợp. Kiểu địa hình đồi thấp: có khả năng phát triển kinh tế trang trại và vườn đồi.
Kiểu địa hình đồng bằng: là vùng tương đối bằng phẳng, có nhiều sông, đất đai tương đối màu mỡ, là vùng sản xuất lúa chính của huyện.
Khí hậu Can Lộc mang những đặc điểm chung của khu vực nhiệt đới gió mùa, chịu ảnh hưởng của khí hậu chuyển tiếp giữa 2 miền Nam - Bắc. Mặt khác, còn mang đặc điểm riêng của tiểu vùng và được phân thành 2 vùng rõ rệt: mùa khô
bắt đầu từ tháng 2 đến tháng 7 hàng năm, đây là mùa nắng gắt, đặc biệt từ tháng 5 đến tháng 7, nhiệt độ trung bình vào mùa này từ 31 - 330C, tháng nóng nhất nhiệt độ lên đến 39,70C, có gió Tây Nam thổi mạnh dẫn đến hiện tượng bốc hơi nước, gây hạn hán nghiêm trọng. Mùa mưa bắt đầu từ tháng 8 đến tháng 1 năm sau, tập trung chủ yếu vào tháng 9 đến tháng 11, nhiệt độ mùa này xuống thấp. Gió mùa Đông Bắc là hướng gió chính trong mùa này, vào đầu mùa mưa thường xuất hiện bão, cuối mùa mưa thường xuất hiện sương mù. Mùa này có lượng mưa lớn (2000mm)
nên thường gây ngập lụt, ảnh hưởng rất lớn đến sản xuất nông nghiệp và sinh hoạt của nhân dân trong toàn huyện.
Can Lộc có hệ thống sông ngòi khá dày đặc, nhưng có đặc điểm chung là chiều dài ngắn, lưu vực nhỏ, các sông chảy trên địa hình tương đối bằng phẳng. Sông lớn nhất là sông Nghèn, có chiều dài 50 km, diện tích lưu vực 556 km2. Ngoài ra, Can Lộc có khá nhiều hệ thống hồ đập: Hồ Cù Lây (Thuần Thiện), Hồ Khe Lang (Thường Nga), Hồ Vực Trống (Gia Hanh, Phú Lộc), hồ Trại Tiểu (Mỹ Lộc)... cung cấp nước tưới và sinh hoạt cho nhân dân trong vùng.
Đất đai ở huyện Can Lộc nhìn chung không được màu mỡ, chủ yếu là đất đồi núi, được chia thành 3 vùng chính: Vùng đất địa thành: thuận lợi cho phát triển kinh tế vườn đồi và trồng cây ăn quả. Vùng đất bán thủy thành: phân bố ở các vùng tiếp giáp chân núi, vùng này tầng đất khá dày, có khả năng trồng cây ăn quả, trồng màu, sản xuất lúa. Vùng đất thủy thành: được hình thành từ phù sa các con sông, là nhóm đất có diện tích tương đối lớn tập trung ở các vùng trung, hạ Can, ở vùng này địa hình tương đối bằng phẳng, chất đất khá thuận lợi cho sản xuất nông nghiệp; đây là diện tích đất canh tác chính của huyện.