อำเภอสวรรคโลกตั้งอยู่ทางตอนกลางค่อนไปทางตะวันออกของจังหวัด มีอาณาเขตติดต่อกับอำเภอต่าง ๆ ดังนี้

• ทิศเหนือ ติดต่อกับอำเภอศรีสัชนาลัย
• ทิศตะวันออก ติดต่อกับอำเภอศรีนคร และอำเภอพิชัย (จังหวัดอุตรดิตถ์)
• ทิศใต้ ติดต่อกับอำเภอพรหมพิราม (จังหวัดพิษณุโลก) และอำเภอศรีสำโรง
• ทิศตะวันตก ติดต่อกับอำเภอทุ่งเสลี่ยม

แหล่งน้ำที่สำคัญของอำเภอคือ แม่น้ำยม อุณหภูมิสูงสุดอยู่ที่ 32.92 องศาเซลเซียส ต่ำสุดอยู่ที่ 22.59 องศาเซลเซียส ในถดูหนาวอุณหภูมิต่ำสุดประมาณ 12 องศาเซลเซียส ปริมาณน้ำฝนทั้งปี 1,233.10 มิลลิเมตร (พ.ศ. 2547)