Северо-Западный федеральный округ - один из самых больших в европейской части России по величине территории. Огромная территория округа протягивается с севера на юг почти на 1600 км и с запада на восток более чем 2000 км. Площадь округа составляет 1678,2 тыс. км2 или 9,8% от территории России. Это почти в полтора раза больше площади всех скандинавских стран вместе взятых. Северо-Западный федеральный округ лежит в трех часовых поясах. Крайние точки Северо-Западного федерального округа лежат: на севере под 81050` с. ш. (на о. Рудольфа в архипелаге Земля Франца-Иосифа). Административно она рсположена в Архангельской области и является самой северной точкой России. На континенте самая северная точка – мыс Немецкий, на полуострове Рыбачий, - 69057` с. ш.; на юге под 55040` с. ш. (Невельская возвышенность на юге Псковской области). На западе под 19038` в.д. (Песчаная коса в Гданьском заливе Балтийского моря), это самая западная точка России. На востоке под 69012` в.д. (мыс Флиссинский – северо-восточная оконечность северного острова Новой Земли, Архангельская область). На континенте самая восточная точка – верховье р. Кары - 69050`. На западе округ граничит с Финляндией, Эстонией, Латвией, Литвой, Польшей, Белорусью. Берега округа омываются 5 морями, принадлежащими бассейнам 2 океанов: Атлантического - Балтийское море и Северного Ледовитого - Баренцево, Печерское, Белое, Карское, соединенных Беломоро-Балтийским каналом.
Для территории Северо-Западного федерального округа характерно обилие поверхностных вод - разветвленная и густая речная сеть, многочисленные озера, обширные болота. На северо-западе России лежит самое крупное из европейских пресноводных озер, Ладожское, (площадь – 17,7 тыс. кв. км, длина 219 км, ширина 83 км, глубина 230 м). В регионе имеется множество и других крупных озер – Чудское, Ильмень, Псковское. Реки Северо-Западного федерального округа относятся к трем бассейнам: Северного Ледовитого океана (его морей – Баренцева и Белого), Атлантического океана (Балтийское море) и внутреннему бессточному бассейну (Каспийское море). Почти половина общей площади бассейнов рек (47%) имеет сток в Белое море, около трети (31%) – в Баренцево море и менее четверти – в Балтийское и Каспийское моря (соответственно 17 и 5%). Главными речными артериями округа являются: Северная Двина, Вычегда, Сухона, Онега, Мезень, Печора, Нева.