อำเภอท่าปลาเป็นอำเภอหนึ่งในจำนวน 9 อำเภอ ของจังหวัดอุตรดิตถ์ ตั้งอยู่ ณ หมู่ที่ 1 ตำบลท่าปลา ห่างจากตัวจังหวัดอุตรดิตถ์ ไปทางทิศตะวันออกเฉียงเหนือ ประมาณ 40 กิโลเมตร มีพื้นที่ทั้งหมดประมาณ 1,050,903 ไร่ หรือประมาณ 1,681.445 ตารางกิโลเมตร

• ทิศเหนือ ติดต่อกับ อำเภอสูงเม่น จังหวัดแพร่ และอำเภอนาหมื่น จังหวัดน่าน
• ทิศใต้ ติดต่อกับ อำเภอเมืองอุตรดิตถ์ จังหวัดอุตรดิตถ์
• ทิศตะวันออก ติดต่อกับ อำเภอน้ำปาด จังหวัดอุตรดิตถ์
• ทิศตะวันตก ติดต่อกับ อำเภอเมืองอุตรดิตถ์ จังหวัดอุตรดิตถ์

สภาพพื้นที่โดยทั่วไป ด้านเหนือเป็นเนินเขาสลับกับที่ราบสูง ด้านตะวันตกเป็นที่ราบเชิงเขามีเนินเขาสลับอยู่ทั่วไป มีลำห้วยไหลผ่านหลายแห่ง สภาพความสมบูรณ์ของดินค่อนข้างต่ำ การพังทลายของดินมีมาก ความชุ่มชื้นของดินมีน้อย พื้นที่ราบคิดเป็นร้อยละ 25.81 ภูเขา คิดเป็นร้อยละ 60.24 และแม่น้ำคิดเป็น ร้อยละ 13.94 ของพื้นที่ทั้งหมดของอำเภอ

อำเภอท่าปลามีแหล่งน้ำที่สำคัญ ได้แก่ แม่น้ำน่าน คลองสิงห์ ห้วยหมัน ห้วยน้ำลี ห้วยสีเสียด ห้วยรกช้าง ห้วยภูนก อ่างวังชมพู และแหล่งน้ำธรรมชาติอีกมากมายที่เป็นประโยชน์ต่อการอุปโภค – บริโภค และการเกษตร นอกจากนี้ยังมีอ่างเก็บน้ำเขื่อนสิริกิติ์ ซึ่งเป็นอ่างเก็บน้ำขนาดใหญ่ใช้ในการผลิตกระแสไฟฟ้า การทำการเกษตร และการเลี้ยงปลาในกระชัง รวมทั้งทำการประมงอื่นๆ

ลักษณะภูมิอากาศเป็นแบบมรสุม มี 3 ฤดู คือ

• - ฤดูร้อนอากาศจะร้อนมาก ในช่วงเดือนมีนาคม – มิถุนายน
• - ฤดูหนาวอากาศจะหนาวระยะสั้น คือ เดือนธันวาคม – กุมภาพันธ์
• - ฤดูฝนมีฝนทิ้งช่วงแทบทุกปีเริ่มฤดูเดือนกรกฎาคม – ตุลาคม