Powiat biłgorajski położony jest w południowej części województwa lubelskiego, na pograniczu Wyżyny Lubelskiej i Kotliny Sandomierskiej. Obie te krainy oddziela od siebie wał Roztocza, poniżej którego rozciąga się Równina Biłgorajska i Płaskowyż Tarnogrodzki. Krajobraz i klimat gminy kształtują też lasy Puszczy Solskiej oraz rzeki Tanew i Łada.

Przez teren powiatu przebiegają dwa ważne szlaki komunikacyjne: trasa z Wołynia (Łuck) przez przejście graniczne w Zosinie - Hrubieszów - Zamość - Biłgoraj - Krzeszów - przez Stalową Wolę do Kielc i Krakowa oraz Lublin - Biłgoraj - Przeworsk - Przemyśl - Medyka -Ukraina (Lwów). Linia kolejowa łączy teren powiatu z Zamościem i Stalową Wolą. Przebiega przezeń także szerokotorowa Linia Hutniczo-Siarkowa z Włodzimierza Wołyńskiego do Huty Katowice.