Setiu terletak di pantai timur semenanjung Malaysia dalam negeri Terengganu. Kedudukan daerah Setiu dalam negeri Terengganu adalah di bahagian utara negeri ini, bersempadan dengan daerah Besut di utara, Hulu Terengganu di sebelah barat dan selatan, manakala sempadan di sebelah tenggara adalah daerah baru di Terengganu iaitu Kuala Nerus yang sebelum ini adalah sebahagian daripada daerah Kuala Terengganu. Namun begitu, Setiu masih lagi bersempadan dengan kawasan pentadbiran pihak berkuasa tempatan (PBT), Majlis Bandaraya Kuala Terengganu kerana daerah Kuala Nerus masih dibawah pentadbiran (PBT) yang sama dengan daerah Kuala Terengganu.

Bahagian timur daerah ini adalah Laut China Selatan dengan kawasan persisiran pantai yang landai, hutan pantai dipenuhi dengan pohon rhu, nipah dan hutan paya bakau. Terdapat juga beberapa buah pulau iaitu Pulau Bidong, Pulau Gemia, dan Pulau Lang Tengah. Kedudukan Pulau Redang secara geografinya adalah berada paling hampir dengan daerah Setiu tetapi telah dijadikan sebahagian daripada mukim dalam daerah Kuala Terengganu. Terdapat kawasan dataran tanah pamah dan gambut yang luas di sebelah timur daerah ini, kebanyakannya telah di tebus guna untuk aktiviti pertanian komersial.

Laguna Setiu (Setiu Wetlands) atau Tanah Bencah Setiu, sebahagian daripada ekosistem Lembangan Sungai Setiu dan juga sistem yang lebih besar gabungan lembangan tanah lembap kompleks Setiu-Chalok-Bari-Merang terletak di timur daerah Setiu. Berkeluasan 23,000 hektar, ia terdiri daripada lapisan hutan riparian tebing sungai, paya gambut, paya bakau, lagun air payau dengan tumbuhan dan pulau-pulau pasir, katil rumput laut dan pantai berpasir.

Di Malaysia, hanya tanah lembap di daerah Setiu mempunyai sembilan ekosistem yang saling berhubungan iaitu laut, pantai, lumpur, lagun, muara, sungai, pulau, hutan di sepanjang pantai dan paya bakau.

Kawasan berbukit bukau dan bercerun mendominasi sebahagian besar daerah Setiu di bahagian barat. Disini terdapatnya kawasan hutan hujan tropika yang masih dijaga dengan baik, menjadi kawasan tadahan hujan dan hulu sungai kepada beberapa batang sungai.