Với diện tích tự nhiên 63.554,37 ha, trong đó đất nông nghiệp chiếm 12.985,53 ha. Phía Đông Bắc giáp biển Đông, phía Tây- Tây Nam giáp huyện Hương Khê, phía Đông Nam giáp huyện Kỳ Anh, phía Tây Bắc giáp thành phố Hà Tĩnh và huyện Thạch Hà, có đường Quốc lộ 1 chạy qua suốt chiều dài của huyện.
Cẩm Xuyên có cấu trúc tự nhiên (cảnh quan, địa hình, khí hậu thời tiết ..) trong suốt lịch sử và hiện đại là một cấu thành bền vững, là huyện thuộc vùng Bắc Trung Bộ, nằm về phía phía Đông Nam của Tỉnh Hà Tĩnh, thuộc khu vực nhiệt đới gió mùa.Thời tiết trong một năm luôn thay đổi thất thường. Nhìn chung, địa hình Cẩm Xuyên phức tạp và đa dạng, với một diện tích 628,9km2, hội tụ đây đủ của mọi biểu hiện địa hình. Có đủ các loại: Núi đồi, sông suối, đồng bằng, ao hồ…
Núi chiếm khoảng 60% diện tích tự nhiên, được phân bố về phía nam huyện. Bắt đầu từ xã Cẩm Thạch - Cẩm Mỹ- Cẩm Quan và xã Cẩm Thịnh- Cẩm Lạc – Cẩm Minh. Cùng với hệ thống đó là hệ thống các sơn khối lẻ, nằm chen giữa đồng bằng và ven bờ biển, đó là Núi Thành (xã Cẩm Thạch), núi Nhược Thạch ở xã (Cẩm Quang), núi Troóc xã Cẩm Huy, núi Trộn (Cẩm Dương), núi Hội (thị trấn Cẩm Xuyên), núi Thiên Cầm (thị trấn Thiên Cầm) và một số núi thuộc xã Cẩm Lĩnh (Ba Côi, Núi Chai…).
Vùng đất huyện Cẩm Xuyên ngoài núi đồi thì sông - hồ (gồm khe, suối , hói đồng, bàu nước..) chằng chịt và dày đặc trên địa bàn.
Ngoài hệ thống sông lớn và các khe suối đổ nước vào các hồ nước lớn: Kẻ Gỗ, Thượng Tuy, sông Rác…thì trên vùng đất Cẩm Xuyên, từ khi khai thiên lập địa đến nay, tồn tại hàng trăm khe, hói, quanh co dài ngắn và hàng trăm bàu nước hồ to, nhỏ, nông sâu. Đó là hệ thống thoát nước cục bộ rất tự nhiên, làm cho làng mạc,
ruộng đồng bớt ngập úng khi mưa và cũng là nguồn nước tự nhiên cho sinh hoạt quanh năm của dân chúng.
Địa hình đồng bằng của Cẩm Xuyên chỉ chiếm 2/5 tổng diện tích tự nhiên toàn huyện, nằm thành một vệt dài chạy từ tây sang đông. Được phân chia thành nhiều loại và được phân bố khắp nơi trên địa bàn các xã.
Cẩm Xuyên có điều kiện tự nhiên khá thuận lợi, vừa có rừng, vừa có biển. Biển nằm về phía đông bắc, có chiều dài 28km. Có khu du lich Thiên Cầm nổi tiếng. Cẩm Xuyên là huyện có nền kinh tế chủ yếu dựa vào nông nghiệp, một số ít dựa vào đánh bắt hải sản.
Nền văn hóa Cẩm Xuyên được hình thành và phát triển cùng văn hóa và con người Nghệ Tĩnh. Trong đó, dân ca ví giặm được xem là biểu tượng văn hóa đặc sắc của con người nơi đây. Chính vì những giá trị đó, ngày 27/11/2014, dân ca ví, giặm Nghệ Tĩnh đã được UNESCO vinh danh là Di sản văn hóa phi vật thể đại diện của nhân loại[13]