Khác với các huyện ở Hà Tĩnh, Kỳ Anh vừa là huyện núi, lại là huyện biển, nằm phía đông nam tỉnh, vào quãng 17,54 -18,18 độ vĩ bắc, 106,01- 106,30 độ kinh đông, nằm chếch hướng tây bắc - đông nam trên bản đồ. Bắc và tây bắc giáp huyện Cẩm Xuyên, phía nam và tây nam giáp tỉnh Quảng Bình, phía đông bắc và đông giáp biển.