Huyện Thuỷ Nguyên nằm ở phía Bắc thành phố Hải Phòng, với các vị trí tiếp giáp như sau:
- Phía Bắc và phía Đông giáp với tỉnh Quảng Ninh qua sông Đá Bạc và sông Bạch Đằng.
- Phía Tây tiếp giáp huyện Kinh Môn - tỉnh Hải Dương qua sông Hàn và sông Kinh Thầy.
- Phía Nam giáp huyện An Dương, quận Hồng Bàng và quận Ngô Quyền qua sông Cửa Cấm.
Huyện Thuỷ Nguyên có tổng diện tích tự nhiên là 242,79 km2 với số dân trên 33 vạn người, có 37 đơn vị hành chính (35 xã, 02 thị trấn). Là cửa ngõ phía Bắc Thành phố, đồng thời là cầu nối giữa vùng công nghiệp than Quảng Ninh với thành phố Hải Phòng và các tỉnh đồng bằng sông Hồng. Có các trục giao thông bộ, thuỷ quan trọng chạy qua như Quốc lộ 10 (nối các thành phố duyên hải Bắc Bộ như Ninh Bình, Nam Định, Thái Bình, Quảng Ninh), sông Cửa Cấm, sông Bạch Đằng… Từ Thuỷ Nguyên có thể toả đi tới các thành phố đồng bằng sông Hồng, các tỉnh trung du miền núi phía Bắc, các tỉnh phía Nam và các nước trong khu vực tương đối dễ dàng. Ngay sát huyện có cảng biển Hải Phòng - một trong những cảng biển lớn và quan trọng nhất ở phía Bắc nước ta.
Với vị trí như vậy, huyện Thuỷ Nguyên có điều kiện rất thuận lợi để hoà nhập với đời sống kinh tế - xã hội đô thị, tiếp nhận những tiến bộ kỹ thuật, chuyển giao công nghệ và thông tin, là thị trường cung cấp nguồn lao động và
hàng hoá nông thuỷ sản cho Thành phố. Hiện nay huyện Thuỷ Nguyên đã được xác định là một trong những khu vực phát triển công nghiệp, dịch vụ du lịch lớn của thành phố Hải Phòng, ngoài ra trên địa bàn huyện sẽ hình thành khu đô thị
mới của Thành phố trong tương lai. Đây là một yếu tố quan trọng để tạo điều kiện cho Thuỷ Nguyên phát triển mạnh từ nay đến năm 2025.
Vị trí của huyện Thuỷ Nguyên còn rất quan trọng trong chiến lược phòng thủ an ninh quốc phòng của Thành phố và khu vực.
Về địa hình Thuỷ Nguyên ở vào vị trí chuyển tiếp của hai vùng địa lý tự
nhiên lớn là châu thổ sông Hồng và vùng đồi núi Đông Bắc. Một số xã ở phía Bắc và Đông Bắc của huyện có địa hình cấu tạo là những dãy núi đá vôi, đồi núi đất thấp xen kẽ với các thung lũng, địa hình không bằng phẳng mang đặc điểm của vùng bán sơn địa, các xã phía Nam có địa hình bằng phẳng hơn mang đặc điểm của vùng đồng bằng. Toàn bộ lãnh thổ của huyện được phân thành 3 vùng địa hình chính:
- Vùng núi đá vôi xen kẽ: Là vùng nằm kẹp giữa sông Đá Bạc, sông Bạch
Đằng và hồ sông Giá với diện tích khoảng 7.034,0 ha. Trong vùng rải rác có những ngọn núi đá vôi nằm xen kẽ với đồng ruộng và khu dân cư, trong đó tập trung nhiều
ở thị trấn Minh Đức và các xã: Minh Tân, Liên Khê, Lại Xuân, chân các dãy núi đá vôi có nhiều đầm, ruộng trũng hay bị ngập úng trong mùa mưa, bão.
- Vùng đồi núi đất xen kẽđồng bằng: Là vùng chạy dọc theo Tỉnh lộ 352 và Quốc lộ 10 kéo dài từ An Sơn, Phù Ninh qua Kỳ Sơn, Chính Mỹ, Kênh Giang đến Hoà Bình, Thuỷ Đường, Trung Hà, Ngũ Lão có diện tích khoảng 6.560,0 ha. Các núi đất có độ dốc trên 8°, cao trung bình từ 30-100 m, cao nhất là đỉnh Sơn Đào 146,8 m nằm ở trung tâm huyện. Các khu đồng bằng có độ cao trung bình từ 1- 2,5 m.
- Vùng đồng bằng ven biển: Là toàn bộ các xã phía Nam còn lại của huyện bám theo sông Cửa Cấm và cửa sông Bạch Đằng. Độ cao trung bình dao
cửa sông Cấm và sông Bạch Đằng còn nhiều đồng ruộng trũng thường bị ngập nước quanh năm, các chất phèn tích đọng ảnh hưởng xấu đến quá trình sinh trưởng của cây trồng.