Okres Sobrance sa rozprestiera v najvýchodnejšej časti Slovenska. Na severe ho ohraničujú Vihorlatské vrchy s dominantnými vrcholmi Vihorlat (1 076 m n. m.) a Sninský kameň (1 005 m n. m.). Južná časť okresu sa rozprestiera na Východoslovenskej nížine. Východnú časť tvorí Schengenská hranica s Ukrajinou, hranica s celkovou dĺžkou 35,7 kilometra. Najvýznamnejší cestný priechod sa nachádza vo Vyšnom Nemeckom.
Juhozápadná, úrodná časť okresu spadajúca do Východoslovenskej nížiny je prekrásnym zlatožltým rovinatým obilným morom zúrodnenej krajiny s očarujúcou ornitologickou rezerváciou sťahovavého vtáctva (Národná prírodná rezervácia Senné rybníky). Jeho výskyt na území svedčí o zdravom a ekologicky nenarušenom regióne, hraničiacom s okresom Michalovce. Severnú časť územia obopínajú svojím horstvom Západné Karpaty, Vihorlatské vrchy s vyhliadkovým Sninským kameňom (1 005 m n. m.), a teda s krásnym výhľadom do hraničiacich okresov Humenné a Snina, tiež na okresné mesto Sobrance, ale aj na perlu Vihorlatu „Morské oko“, prírodné horské jazero s priezračnou vodou, ktoré je domovom raka riečneho.