Okres Levice leží v Nitrianskom kraji, v jeho východnej časti. Väčšinu územia okresu tvorí Podunajská nížina, časťami Hronská pahorkatina, Podunajská rovina a Ipeľská pahorkatina. Zo severu a východu do okresu zasahujú Štiavnické vrchy a Krupinská planina. Najvyšším bodom okresu je vrch Drieňov v Štiavnických vrchoch (766 m n. m.). Na severe hraničí s okresom Zlaté Moravce, v banskobystrickom kraji potom s okresy Žarnovica, Banská Štiavnica a Krupina, na východe ešte s okresom Veľký Krtíš a s Maďarskom. Južnú hranicu zdieľa s okresom Nové Zámky a západnej s okresom Nitra. Levický okres patrí k tým väčším a veľa zaľudneným.