Cẩm Xuyên là huyện nằm về phía Đông Nam của tỉnh Hà Tĩnh, thuộc vùng Bắc Trung Bộ, có toạ độ địa lý từ 18002’18” đến 18020’51” vĩ độ Bắc và từ 105051’17” đến 106009’13” độ kinh Đông.
Phía Tây Bắc giáp Thành phố Hà Tĩnh và huyện Thạch Hà. Phía Đông Bắc giáp Biển Đông.
Phía Tây, Tây Nam giáp huyện Hương Khê. Phía Đông Nam giáp huyện Kỳ Anh.
Ở vị trí địa lý này Cẩm Xuyên nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa. Khí hậu có 2 mùa rõ rệt, mùa nóng trùng với mùa mưa và mùa lạnh trùng với mùa khô. Nhiệt độ trung bình năm vào khoảng 23-240C. Lượng mưa trung bình năm lớn (trên 2000mm/năm). Lượng mưa lớn, ánh sáng dồi dào là những điều kiện thuận lợi cho việc phát triển nông, lâm, ngư nghiệp.
Diện tích tự nhiên của huyện Cẩm Xuyên có 63.559, 46 ha. Theo kết quả điều tra xây dựng bản đồ đất huyện Cẩm Xuyên tỷ lệ 1/25.000 (không tính diện tích đất chuyên dùng, đất ở, sông suối, mặt nước và núi đá), bao gồm đồi núi, vùng đồng bằng và vùng biển.
Đồi núi chiếm diện tích lớn (khoảng 60% diện tích toàn huyện) làm cho Cẩm Xuyên là huyện có tiềm năng kinh tế: sản xuất Nông -Lâm kết hợp, xây dựng các khu bảo tồn thiên nhiên và du lịch sinh thái.
Địa hình ven biển (chiếm khoảng gần 10% diện tích lãnh thổ) bao gồm các xã nằm dọc bờ biển như Cẩm Hòa, Cẩm Dương, Thị trấn Thiên Cầm, Cẩm Nhượng, Cẩm Lĩnh. Địa hình tạo bởi các dãy đụn cát, các vùng trũng được lấp
đầy trầm tích đầm phá hay phù sa được hình thành do các dãy đụn cát chạy dài ven biển, hơi nghiêng theo hướng Đông Bắc -Tây Nam; độ cao so với mặt biển dao động từ 0,5 - 3 m. Do có các cửa sông, cửa lạch tạo thành nhiều bãi ngập mặn có thể nuôi trồng thủy hải sản. Vùng này có tiềm năng phát triển kinh tế và du lịch biển.
Đồng bằng (chiếm trên 30% diện tích tự nhiên) thuộc địa bàn các xã nằm dọc trục quốc lộ 1A, theo hướng Tây Bắc - Đông Nam như Cẩm Vĩnh, Cẩm Bình, Cẩm Thành, Cẩm Duệ, Cẩm Quang, Cẩm Thăng, Cẩm Phúc, Cẩm Hưng, Cẩm Hà,... Địa hình tương đối bằng phẳng do quá trình bồi tụ phù sa các sông, phù sa biển trên vỏ phong hóa Feralit hay trầm tích biển, nghiêng dần từ Tây Bắc xuống Đông Nam, độ dốc dưới 30; độ cao phổ biến trên dưới 3m so với mực nước biển. Địa hình bị chia cắt mạnh bởi hệ thống các sông suối và kênh mương dày đặc như các sông Rác, Ngàn Mọ, Thượng Long, Gia Hội, Cầu Nây, kênh Kẻ Gỗ, kênh N1 - N9. Đây là vùng tập trung dân cư đông đúc, là vùng có nhiều điều kiện thuận lợi thâm canh cây lương thực, cây hoa màu ngắn ngày và phát triển chăn nuôi gia súc, gia cầm.
Như vậy, thiên nhiên đã ưu ái ban tặng cho mảnh đất này đủ các vùng sinh thái: miền núi trung du, đồng bằng, cửa biển; với nhiều tài nguyên thiên nhiên, khu bảo tồn, …và biết bao phong cảnh hùng vĩ mà lại nên thơ. Sự đa dạng và phong phú đó đã tạo nên bản sắc riêng cho Cẩm Xuyên, níu giữ được lòng người, tình yêu của bạn bè bốn cõi. Cẩm Xuyên là nơi có đủ khả năng để phát triển một nền kinh tế toàn diện trên tất cả các vùng sinh thái: Đồng bằng, ven biển, miền núi và trung du. Nhưng mặt khác bên cạnh thuận lợi Cẩm Xuyên vẫn còn nhiều khó khăn do vị trí địa lí, điều kiện tự nhiên, thời tiết, khí hậu ảnh hưởng không nhỏ đến sản xuất và đời sống của nhân dân. Cẩm Xuyên - vùng đất “Địa linh nhân kiệt”. Hàng ngàn năm qua con người Cẩm Xuyên cần cù, chịu thương chịu khó, kiên cường, thông minh, sáng tạo đã xây dựng quê hương mình không ngừng đổi mới và trưởng thành.