Der Landkreis Schweinfurt liegt in der östlichen Hälfte des bayerischen Regierungsbezirks Unterfranken. Er umgibt vollständig die kreisfreie Stadt Schweinfurt, welche der Verwaltungssitz ist.

Der Landkreis Schweinfurt liegt zum Großteil in der naturräumlichen Großregion 3. Ordnung Mainfränkische Platten mit einem kleinen Anteil am Fränkischen Keuper-Lias-Land in Form der Keuperbergländer Steigerwald im Südosten und Haßberge im äußersten Nordosten des Landkreises. Die höchste Erhebung des Landkreises ist der in den Haßbergen gelegene Laubhügel (504 m ü NN). Der Main ist das zentrale Fließgewässer. Er kommt von Osten und ändert in Schweinfurt seine Laufrichtung nach Süden um das Maindreieck zu formen. Der tiefste Punkt des Landkreises liegt nahe Stammheim am Main bei ca. 195 m ü NN.
Das größte stehende Gewässer Unterfrankens, der Ellertshäuser See, befindet sich im Nordosten des Landkreises. Laubhügel und Ellertshäuser See befinden sich auf dem Gebiet des Marktes Stadtlauringen.

Der Landkreis Schweinfurt verfügt über eine zentrale Lage sowohl innerhalb des wiedervereinigten Deutschlands als auch im östlichen Randbereich der Europäischen Union. Die Region ist eingebunden in den überregionalen Wirtschaftsraum und liegt verkehrsgünstig am Schnittpunkt von vier Bundesautobahnen.

Die A 7 Hamburg–Ulm, eine wichtige Nord-Süd-Verbindung, führt direkt durch das Kreisgebiet. Die A 3 Frankfurt–Nürnberg verläuft südlich. Die A 70 Schweinfurt–Bamberg stellt die Verbindung zur Autobahn nach Berlin her. Durch den Neubau der A 71 Schweinfurt–Erfurt sind die neuen Bundesländer besser erreichbar.

Der Landkreis wird in Ost-West-Richtung durch die Bundesautobahn 70 erschlossen. Parallel dazu verläuft die B 26. Des Weiteren wird er weiter südlich von der Bundesstraße 22 ebenfalls in Ost-West-Richtung kurz durchquert. In Nord-Süd Richtung durch die A 71, die Bundesstraßen 19 und 286. In Schweinfurt beginnt die B 303.

Der kleine Flugplatz Schweinfurt Süd liegt nördlich von Schwebheim auf der Gemarkung Gochsheim. In Schweinfurt gibt es auch einen Hafen zum Güterumschlag am Main.

30 Kilometer entfernt liegt der Flugplatz Haßfurt-Schweinfurt, der mit Flugzeugen bis zu 5,7 Tonnen Höchstgewicht angeflogen werden kann. Der internationaler Luftverkehr ist an den Flughäfen Nürnberg (120 km entfernt) und Frankfurt (150 km entfernt) erreichbar.

Die von Bamberg mainabwärts führende staatliche Ludwigs-West-Bahn erreichte im Jahre 1852 die Stadt Schweinfurt und anschließend 1854 Würzburg.

Schweinfurt wurde durch die hier 1871 nach Bad Kissingen abzweigende Strecke der Bayerischen Staatseisenbahnen zum Bahnknoten. Diese Linie bekam 1874 einen Zweig nach Meiningen.

In Waigolshausen geht seit 1879 von der Würzburger Bahn eine eingleisige Querverbindung nach Gemünden ab, die heute überwiegend dem Güterverkehr dient und daher elektrifiziert worden ist.

Der Gerolzhöfer Gau am Westrand des Steigerwaldes wurde 1893 durch eine Nebenbahn Kitzingen–Gerolzhofen an das Eisenbahnnetz angeschlossen; sie führte seit 1903 bis Schweinfurt. Der Markt Stadtlauringen im Norden des Kreises war ab 1900 Endstation einer Nebenbahn von Rottershausen.