อำเภอเขมราฐตั้งอยู่ทางทิศตะวันออกเฉียงเหนือของจังหวัดอุบลราชธานี ห่างจากตัวจังหวัด 105 กิโลเมตร และห่างจากกรุงเทพมหานคร 750 กิโลเมตร มีอาณาเขตติดต่อกับพื้นที่การปกครองข้างเคียงดังนี้

• ทิศเหนือ ติดต่อกับแขวงสุวรรณเขต (ประเทศลาว)
• ทิศตะวันออก ติดต่อกับแขวงสาละวัน (ประเทศลาว) และอำเภอนาตาล
• ทิศใต้ ติดต่อกับอำเภอโพธิ์ไทรและอำเภอกุดข้าวปุ้น
• ทิศตะวันตก ติดต่อกับอำเภอปทุมราชวงศาและอำเภอชานุมาน (จังหวัดอำนาจเจริญ)