Okres Plzeň-sever se nachází v západních Čechách v Plzeňském kraji. Hlavním sídlem okresu je město Plzeň, které ovšem není jeho součástí.
Okres Plzeň-sever sousedí s okresy: Plzeň-město, Plzeň-jih, Rokycany, Tachov, Rakovník, Louny, Karlovy Vary a Cheb.