Татарбунарський район розташований у південно-західній частині Одеської області. Межує на півночі з Саратським, на сході з Білгород- Дністровським, на північному заході з Арцизьким, на півдні з Кілійським районами.

Територія району на південному сході омивається Чорним морем, берегова лінія якого розчленована озерами Сасик, Шагани, Бурнас, Алібей, які відокремлені від моря піщаними насипами.

Район лежить у межах Причорноморської низовини. За характером рельєфу район представляє собою рівнину з основним напрямком схилу – з півночі на південь. Територія являє собою водороздільне плато, яке перехрещується з півдня на північ долинами пересихаючих річок і балок (Дракція, Нерушай, Казійська, Адиіса) та інші. По території району протікають такі річки: Когильник, Фонтанка, Сарата, Алкалія, Хаджидер.

Також є велика кількість озер: Сасик, Шагани, Алібей, Бурнас. Вода в озерах солона. Проте оз.Сасик штучно опріснений.