Der Landkreis Rottal Inn liegt im Süden des bayerischen Regierungsbezirks Niederbayern. Er grenzt im Osten an den Landkreis Passau, im Süden (um die Stadt Simbach am Inn) an den oberösterreichischen Bezirk Braunau am Inn, im Südwesten an die oberbayerischen Landkreise Altötting und Mühldorf am Inn, im Westen an den Landkreis Landshut und im Norden an den Landkreis Dingolfing-Landau und den Landkreis Deggendorf.
Der naturräumlichen Gliederung nach gehört der Landkreis überwiegend dem Isar-Inn-Hügelland an. Der Fluss Rott durchfließt den Landkreis in West-Ost-Richtung und teilt ihn in zwei fast gleich große Teile. Der Inn bildet die Grenze zu Österreich.