Powiat Średzki usytuowany jest w centralnej części województwa dolnośląskiego, 30 km na zachód od jego stolicy - Wrocławia. Na północy graniczy z powiatami: trzebnickim i wołowskim, na zachodzie z legnickim i jaworskim, na południu z powiatem świdnickim. Wschodnim jego sąsiadem jest powiat grodzki wrocławski i ziemski wrocławski. W bliskim sąsiedztwie powiatu leżą również dwie inne duże aglomeracje miejskie: Legnica i Lubin.

Obszar powiatu obejmuje centralną część Niziny Śląskiej, a dokładniej jej trzy mezoregiony fizyczno-geograficzne: Dolinę Odry, Wysoczyznę Średzką i Równinę Kostomłotów. Takie usytuowanie sprawia, że znajduje się w dwóch krajobrazowo odmiennych obszarach. Wysoczyzna Średzka leżąca w centrum regionu jest lekko pagórkowata i bezleśna. Wzniesienia na niej występujące są typowymi wzgórzami morenowymi, pokrytymi cienką warstwą lessu. Zbliżony charakter krajobrazowy ma przylegający do niej płaskowyż, noszący nazwę Równina Kostomłotów. Położona w północnej części regionu Dolina Odry składa się przede wszystkim z piaszczystych wzgórz i równin poprzecinanych głębokimi dolinami dawnych rzek, gdzie utworzyły się zatorfione obniżenia porośnięte liściastymi lasami łęgowymi i trzcinami. Duży stopień naturalności lasów sprawił, że w 1959 r. utworzono tu rezerwat przyrody "Zabór".