Tiên Yên là một huyện miền núi thuộc khu vực miền Đông của tỉnh, có toạ độ từ 21012’ đến 21033’ vĩ độ bắc và từ 107013’ đến 107035’ kinh độ đông; Bắc giáp huyện Đình Lập thuộc tỉnh Lạng Sơn và huyện Bình Liêu, đông giáp huyện Đầm Hà, tây giáp huyện Ba Chẽ và thị xã Cẩm Phả, nam giáp huyện Vân Đồn.

Tiên Yên còn có than đá, vàng, quặng chì và kẽm nhưng trữ lượng không lớn và chất lượng quặng thấp. ở Khe Lặc xã Đại Dực có nguồn nước khoáng thuộc loại Bicacbonat - Natri, đã khảo sát, rất có triển vọng khai thác.