Okres Vranov sa rozkladá vo východnej časti východného Slovenska, v severozápadnom výbežku východoslovenskej nížiny. Mesto leží v teplej klimatickej oblasti Vranovskej pahorkatiny, v nadmorskej výške 132 metrov, na úrodnej nive riek Tople a Ondavy. Vranov je okresným sídlom, administratívnym, hospodárskym a kultúrnym centrom Vranovského okresu.
Okres Vranov susedí s týmito okresmi: na západe s okresmi Košice a Prešov, na severe s Bardejovským a Svidníckym okresom, na východe s okresmi Humenné a Michalovce a na juhu s Trebišovským okresom.
Územie má tvar obdĺžnika s výraznými výbežkami na sever a najmä na severovýchod pozdĺž doliny Oľky, kde hlboko zasahuje medzi okresy Svidník a Humenné. Zemepisnú polohu určujú zemepisné súradnice: severný okraj 49°11`50`` s.š., južný okraj 48°45`41`` s.š., západný okraj 21°24`26`` v.d., východný okraj 21°51`45`` v.d. Plošná rozloha okresu je 847.6 km2 .Okresné mesto Vranov leží mierne excentricky v južnej až juhovýchodnej časti okresu. Z hľadiska geomorfologického členenia Slovenska sa územie okresu rozkladá v týchto geomorfologických celkoch: severná časť patrí do oblasti Nízkych Beskýd s geomorfologickými celkami Ondavská vrchovina a Beskydské predhorie. Na západe zaberá severovýchodnú časť Slanských vrchov. Južná a juhovýchodná časť patrí do Východoslovenskej nížiny. Sídlo okresu, mesto Vranov, je situované v severozápadnom výbežku Východoslovenskej nížiny, intravilán sa rozkladá v riečnej nive Tople a Ondavy, na proluviálnych kužeľoch a terasách na vyššom stupni Východoslovenskej nížiny- Vranovskej pahorkatine. Mesto sa vyvinulo z pôvodnej slovanskej osady. Najstaršie doklady o ľudskej činnosti v tejto oblasti siahajú až do doby kamennej (38000-30000 r.pred n.l.).
Územie Vranovského okresu nie je z geologickej stránky veľmi pestré. Sú tu zastúpené druhohorné horniny, najviac však treťohorné a štvrtohorné. Z genetickej stránky sú rozšírené v podstatnej miere horniny sedimentárneho pôvodu, menej sú zastúpené horniny vulkanického pôvodu. Zo sedimentárnych hornín sú najviac zastúpené horniny usadené v morskom prostredí, menej v jazernom a riečnom, veľmi nepatrnú časť tvoria horniny usadené vetrom a deluviálne –svahové. Územie okresu patrí do centrálnych a vonkajších Karpát. Počas geologického vývoja boli jednotlivé časti rôzne tektonicky porušené a deformované. Alpínskymi horotvornými pochodmi bolo najviac postihnuté bradlové pásmo. Intenzívne zvrásnený je aj magurský flyš, ktorý má príkrovnú stavbu.