Phía đông giáp huyện Tân Yên và huyện Yên Thế, phía nam giáp huyện Hiệp Hòa, tỉnh Bắc Giang
Phía tây giáp thành phố Thái Nguyên, thành phố Sông Công và thành phố Phổ Yên
Phía bắc giáp huyện Đồng Hỷ.