Huyện Cẩm Xuyên nằm về phía đông của Tỉnh Hà Tĩnh. 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. Toàn huyện có 25 xã và 2 thị trấn. Diện tích tự nhiên 63.554,37 ha; Trong đó đất nông nghiệp chiếm 12.985,53ha. Dân số trong huyện có: 153.518 người với 38.455 hộ bao gồm 12.921 người sống ở khu vực đô thị chiếm 8,64% và 136.597 người sống ở khu vực nông thôn chiếm 91,36%. Mật độ trung bình: 239 người/km2. Dân số vùng giáo: 14.068 người chiếm 9,4%. Số người trong độ tuổi lao động có 68.765 người chiếm 45,99%, trong đó lao động nông thôn chiếm 76,27% còn lại 23,73% là lao động tham gia các lĩnh vực khác. Trên địa bàn huyện có quốc lộ 1A đi qua 11 xã và 1 thị trấn với chiều dài 25 km.
Huyện Cẩm Xuyên có cấu trúc tự nhiên 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 628,9 km2, hội tụ đầy đủ của mọi biểu hiện địa hình. Có đủ các loại: Núi đồi, sông suối, đồng bằng, ao hồ…
- Núi đồi
Chiếm khoảng 60% diện tích tự nhiên, được phân bổ 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…).
- Hệ thống sông
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, các con sông hầu hết bắt nguồn từ dãy Hoành Sơn Tây, chảy từ nam ra bắc, độ dốc khá cao, dòng chảy ngắn và hẹp. Ngoài 3 hệ thống sông chính là Ngàn Mọ - Quèn - Rác chảy theo hai hướng Nam- Bắc. Sông ngòi trong vùng tựa như mạng nhện rất thuận tiện cho giao thông trong vùng. Đặc điểm nổi trội của sông hói trong vùng chính là tính ổn định của dòng chảy khá bền vững.
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. Thêm vào đó, diện tích mặt nước này nuôi dưỡng một lượng thủy sản đáng kể, cung cấp một
cách thường xuyên trong những bữa ăn của nhân dân. Một số sông hồ điển hình: Hồ Kẻ Gỗ (xã Cẩm Mỹ), hồ sông Rác (xã Cẩm Minh), hồ Thượng Tuy (xã Cẩm Sơn), Bàu Rấy (xã Cẩm Duệ), Bàu Dài (xã Cẩm Thạch) vv..
- Hệ thống đồi và cồn cát
Hệ thống đồi thấp trên đất Cẩm Xuyên thuộc chân Hoành Sơn Tây, thuộc các xã: Cẩm Thạch, Cẩm Mỹ, Cẩm Quang, Cẩm Thịnh, Cẩm Sơn, Cẩm Lạc, Cẩm Minh. Nhưng dưới tác động của con người như khai thác gỗ và khai hoang để canh trồng, làm cho đất bị xói mòn, biến thành đồi trọc.
- Đồng bằng
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.
- Biển đảo
Biển nằm về phía đông bắc huyện Cẩm Xuyên, kéo dài từ các xã Thạch Hội đến các xã Cẩm Hoà, qua xã Cẩm Dương, thị trấn Thiên Cầm, Xã Cẩm Nhượng sang xã Cẩm Lĩnh có chiều dài 28km.