Der Landkreis besteht aus den Landschaften Emsland und Hümmling. Prägend für den Raum sind die beiden Flüsse Ems und Hase mit ihren Zuflüssen, die ausgedehnten Moorflächen des Bourtanger Moores und des Küstenkanalmoores, sowie die Geest des Hümmlings und des Lingener Landes.
Der Kreis hat eine Nord-Süd-Ausdehnung von etwa 93 km und eine Ost-West-Ausdehnung von etwa 56 km. Höchste Erhebungen sind der Nattenberg mit 91,7 m ü. NN bei Emsbüren, der Windmühlenberg in der Samtgemeinde Freren mit 93m über NN und der Windberg mit 72,7 m ü. NN bei Werpeloh im Hümmling.
Stadtrechte haben folgende Kommunen Haren (Ems), Haselünne, Freren, Lingen (Ems), Meppen (Kreisstadt) und Papenburg. Der Landkreis war bis zum 6. Dezember 1993 der flächenmäßig größte Landkreis Deutschlands, abgelöst wurde er vom neugeschaffenen brandenburgischen Landkreis Uckermark.