Der Kanton Diekirch liegt im Norden des Großherzogtums Luxemburg. Er grenzt im Norden an die Kantone Clerf und Vianden, im Osten an das deutsche Land Rheinland-Pfalz und den Kanton Echternach, im Süden an den Kanton Mersch und im Westen an die Kantone Redingen und Wiltz.