Powiat dębicki położony jest w zachodniej części województwa podkarpackiego na pograniczu dwóch krain geograficznych: Kotliny Sandomierskiej i Pogórza Karpackiego. Rzeka Wisłoka - przepływająca przez powiat dębicki - rozgranicza w południowym skrawku Kotliny Sandomierskiej: Płaskowyż Tarnowski od Płaskowyżu Kolbuszowskiego, zaś w północnym skrawku Pogórza Karpackiego: Pogórze Ciężkowickie od Pogórza Strzyżowskiego. Powiat graniczy od zachodu z powiatem tarnowskim i dąbrowskim, od północy - z mieleckim, od wschodu - z ropczycko-sędziszowskim, od południowego wschodu - ze strzyżowskim, od południa - z jasielskim.

Przez powiat dębicki przebiega najdłuższa trasa europejska E40 oraz linia kolejowa E30, łącząca Niemcy, Polskę i Ukrainę. Ziemia dębicka posiada dwa zjazdy z autostrady A4, co umożliwia szybki dostęp do portów lotniczych: Kraków - Balice i Rzeszów Jasionka.

Kotlinę Sandomierską budują utwory mioceńskie pokryte utworami czwartorzędowymi. Podstawowym budulcem Pogórza Karpackiego jest flisz karpacki. Z budową geologiczną związane jest występowanie surowców mineralnych: kruszywa naturalnego, wód mineralnych, gazu ziemnego, ropy naftowej. Występują również bogate zasoby wód geotermalnych.

Ponad 24% powierzchni powiatu pokryte jest lasem. Przez powiat przepływa rzeka Wisłoka należąca do dorzecza górnej Wisły.

Parki krajobrazowe położone na terenie gmin Brzostek, Dębica i Jodłowa (m.in. park krajobrazowy Pasma Brzanki), stanowią przedłużenie łańcucha parków krajobrazowych ciągnących się w obrębie niższej części Karpat, aż po okolice Przemyśla.

Rezerwaty przyrody, które występują w powiecie na terenach gmin Brzostek (rezerwat Kamera, Dęborzyn), Czarna (rezerwat Torfy w Głowaczowej i Stary Jawornik) i Pilzno (rezerwat florystyczny Słotwina w Polesiu Machowskim) reprezentują różnorodność i bogactwo środowiska przyrodniczego.

Na terenie wszystkich gmin powiatu dębickiego znajdują się obszary chronionego krajobrazu.

W wody podziemne bogate są gminy, przez które przepływa rzeka Wisłoka oraz gminy, w których znajdują się utwory tzw. Rynny Podkarpackiej (Pilzno, Czarna).

W XIX w. w miejscowości Latoszyn istniało uzdrowisko zaliczane do najlepszych w Polsce. W 1932 r. powstały w tu nowoczesne Łazienki /Zakład Zdrojowo- Kąpielowy / oraz pensjonaty dla kuracjuszy. Podczas II wojny światowej Łazienki zostały zniszczone. Przeprowadzone w 1998 roku badania wykazały, że w Latoszynie wciąż istnieją bogate zasoby wód mineralnych, określanych jako siarczanowo- wapniowe i siarczkowe.