Der Kreis Bayreuth liegt im Südosten des bayerischen Regierungsbezirks Oberfranken. Nachbarkreise sind im Nordwesten der Landkreis Lichtenfels, im Norden der Landkreis Kulmbach und der Landkreis Hof, im Osten die Landkreise Wunsiedel und Tirschenreuth, im Süden die Landkreise Neustadt a. d. Waldnaab, Amberg-Sulzbach und Nürnberger Land und im Westen die Landkreise Forchheim und Bamberg.
Das Kreisgebiet umfasst im Süden und Westen die Fränkische Schweiz mit zahlreichen Höhlen, darunter die Teufelshöhle und die Sophienhöhle. Das mittlere Kreisgebiet umfasst das Obermainische Hügelland, das seinen Namen vom Roten Main hat, der südlich von Bayreuth entspringt und dann in nordwestlicher Richtung fließt, um sich westlich von Kulmbach mit dem Weißen Main zu vereinigen. Im Osten hat der Kreis Anteil am Fichtelgebirge, an dessen höchste Erhebung, den Schneeberg, das Kreisgebiet bis auf etwa 960 Meter über Normalnull heranreicht.