Der Kreis Kitzingen liegt im Südosten des bayerischen Regierungsbezirks Unterfranken, östlich von Würzburg. Nachbarkreise sind im Norden der Landkreis Schweinfurt, im Osten der Landkreis Bamberg, im Südosten und Süden der Landkreis Neustadt a.d.Aisch-Bad Windsheim und im Westen der Landkreis Würzburg.
Durch das Kreisgebiet des Landkreises Kitzingen fließt von Nord nach Süd der Main, der sich in mehreren Windungen, wie zum Beispiel die Mainschleife bei Volkach, in ein 100 bis 200 m tiefes Tal eingegraben hat. An den Hängen wächst Wein. Im Südwesten, kurz vor dem Verlassen des Kreisgebiets, liegt die Kreisstadt Kitzingen. Westlich und südöstlich des Mains schließen sich fränkische Gäulandschaften an. Im Westen reicht das Kreisgebiet fast bis an die Großstadt Würzburg heran. Im Osten hat der Kreis Anteil am westlichen Steigerwald.