Secara geografis Kabupaten Luwu terletak di sebelah selatan katulistiwa. Tepatnya di antara 2o03'00" - 3o03'25" Lintang Selatan dan 119o28'56" - 121o47'27" Bujur Timur, dengan luas wilayah 6,944.88 km2. Sekitar 11,14 persen Propinsi Sulawesi Selatan merupakan luas wilayah Kabupaten Luwu Timur.
Kabupaten Luwu Timur merupakan Kabupaten paling timur di Propinsi Sulawesi Selatan yang berbatasan dengan Propinsi Sulawesi Tengah di sebelah Utara. Sedangkan di sebelah Selatan berbatasan dengan Propinsi Sulawesi Tenggara dan Teluk Bone. Sementara itu, batas sebelah Barat merupakan Kabupaten Luwu Utara.
Kabupaten Luwu Timur yang beribukota di Malili, secara administrasi dibagi menjadi 11 kecamatan yaitu Kecamatan Burau, Wotu, Tomoni, Tomoni Timur, Angkona, Malili, Towuti, Nuha, Wasuponda, Mangkutana dan Kaleana.
Di Kabupaten Luwu Timur terdapat 14 sungai. Sungai terpanjang adalah Sungai Kalaena dengan panjang 85 km. Sungai tersebut melintas di Kecamatan Mangkutana. Sedangkan sungai terpendek adalah Sungai Bambalu dengan panjang 15 km.
Selain itu, di Kabupaten Luwu Timur juga terdapat lima danau. Kelima danau tersebut antara lain danau Matano (dengan luas 245.70 km2), Danau Mahalona (25 km2), dan Danau Towuti (585 km2), Danau Tarapang Masapi (2.43 km2) dan Danau Lontoa (1.71 km2). Danau Matano terletak di Kecamatan Nuha sedangkan keempat danau lainnya terletak di Kecamatan Towuti.
Kabupaten Luwu Timur merupakan wilayah yang memiliki curah hujan yang cukup tinggi. Selama tahun 2011, tercatat rata-rata curah hujan mencapai 258 mm, dengan rata-rata jumlah hari hujan per bulan mencapai 17 hari. Curah hujan tertinggi terjadi pada bulan Desember, yakni 393 mm dengan jumlah hari hujan sebanyak 23 hari.