Der Landkreis Oldenburg liegt im westlichen Niedersachsen. Er grenzt an die kreisfreien Städte Oldenburg und Delmenhorst sowie an die Landkreise Ammerland, Cloppenburg, Diepholz, Vechta und Wesermarsch. Kreisstadt ist Wildeshausen.
Der Landkreis Oldenburg erstreckt sich südlich von Oldenburg und hat annähernd kreisförmige Gestalt im Ausmaß von etwa 35×40 km. Der größte Teil des Landkreises liegt in der naturräumlichen Einheit dritter Ordnung mit dem Namen Ems-Hunte-Geest. Er hat Anteile an den naturräumlichen Einheiten vierter Ordnung namens Oldenburger Geest, Hunte-Leda-Moorniederung, Wesermarsch, Thedinghäuser Vorgeest sowie der Syker, Delmenhorster und Cloppenburger Geest. Er repräsentiert damit einen breiten Querschnitt typischer nordwestdeutscher Marsch-, Moor-, Altmoränen- und Auenlandschaften der atlantischen bis subatlantischen Klimazone.
Durch den Landkreis verläuft die Hunte als größerer Nebenfluss der Weser. Das Relief der Landschaft ist eben bis flachwellig mit Geländehöhen zwischen 2 und 55 m über Meeresniveau. Größere Bereiche gehören zum Naturpark Wildeshauser Geest. Bemerkenswert ist u. a. das Naturschutzgebiet Ahlhorner Fischteiche an der Grenze zum Landkreis Cloppenburg: Der größte Karpfenteichkomplex im westlichen Niedersachsen konnte sich dank seiner Einbettung in eine naturnahe Umgebung und der nur extensiven Bewirtschaftung im 20. Jahrhundert zu einem wertvollen Biotop für Amphibien, Wasservögel und seltene, zwergwüchsige Teichbodenpflanzen entwickeln.