Der Landkreis Northeim liegt sehr weit südlich im Bundesland Niedersachsen. Im Norden grenz der Kreis Northeim an den Kreis Hildesheim, östlich grenz er an die Kreise Goslar und Osterode am Harz, südlich an die Kreise Kassel und Göttingen und im Westen an den Kreis Holzminden.
Der Kreis wird im Südwesten durch die Weser begrenzt und durch die Leine im Osten. Im Nordosten grenz der Landkreis Northeim an die westlichen Ausläufer des Harzes.
Ein besonderer Ort im Kreis Northeim ist Fürstenhagen, er gehört zu der Stadt Uslar. Seine Besonderheit kommt dadurch dass er räumlich vom Kreis Northeim abgetrennt. Fürstenhagen wird zu ca. ¾ vom Kreis Kassel und ¼ von Kreis Göttingen eingeschlossen. Somit hat dieser Ort keine direkte Verbindung zum Rest des Kreises.
Durch den Kreis verläuft die Autobahn A7, welche im Kreisgebiet 4 Abfahrt hat. Auch die B3, B64 und B241 verlaufen durch den Kreis Northeim.
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