Er grenzt im Westen an den Landkreis Holzminden, im Norden an den Landkreis Hildesheim, im Osten an den Landkreis Goslar und an den Landkreis Osterode am Harz sowie im Süden an den Landkreis Göttingen und an den hessischen Landkreis Kassel (zwischen dem Osten von Oberweser, OT Heisebeck und dem Nordwesten von Bad Karlshafen sowie im Nordwesten von Uslar, OT Fürstenhagen) und an den nordrhein-westfälischen Kreis Höxter (zwischen dem Nordwesten von Bad Karlshafen und dem Osten von Beverungen, OT Würgassen).
Eine Besonderheit stellt das zur Stadt Uslar gehörende Dorf Fürstenhagen dar. Fürstenhagen ist eine Exklave des Landkreises Northeim, da das Dorf zu etwa ¾ vom hessischen Landkreis Kassel und zu etwa ¼ vom Landkreis Göttingen eingeschlossen wird. Es hat somit keine natürliche Verbindung zum restlichen Kreisgebiet. Regulär erreicht man das Dorf über das zur hessischen Gemeinde Oberweser gehörende Dorf Heisebeck. Vom Landkreis Göttingen aus erreicht man das Dorf nur über Waldpfade.
Geologie
Der Landkreis liegt im Weser-Leine-Bergland. Durch die Weser wird er im Südwesten begrenzt. Die Leine fließt im östlichen Kreisgebiet in einem Graben in Süd-Nord-Richtung. Im Nordosten grenzt der Landkreis an die westlichen Ausläufer des Harzes. Im westlichem Kreisgebiet liegt das Buntsandsteinmassiv Solling als Teil des Naturparks Solling-Vogler, eines der größten zusammenhängenden Waldgebiete und Mittelgebirge Niedersachsens.
Der Kreis wurde 1. April 1885 im Zuge der Neugliederung der preußischen Provinz Hannover gebildet. Am 1. Januar 1939 wurde er gemäß einer reichseinheitlichen Ordnung in „Landkreis Northeim“ umbenannt. Am 1. Oktober 1932 kam der Kreis Uslar hinzu, am 1. März 1974 wurden der Landkreis Einbeck und der Landkreis Northeim aufgelöst und zu einem neuen Landkreis Northeim vereinigt. 1977 kamen die Gemeinde Kalefeld des Landkreises Osterode am Harz und Teile des Landkreises Gandersheim hinzu. Weiterhin kamen durch Gründung der Gemeinde Katlenburg-Lindau Teile des früheren Landkreises Duderstadt hinzu. Als einziger Ort des ehemaligen Landkreises kam Lindau zum Landkreis Northeim hinzu und ist der einzige Eichsfeldort im Landkreis. 1971 wurden die Hannoverschen Klippen an den nordrhein-westfälischen Kreis Höxter abgetreten. 1974 wurde das Gebiet des Fleckens Adelebsen an den Landkreis Göttingen und Neuhaus im Solling sowie Silberborn an die Stadt (und somit den Landkreis) Holzminden abgetreten.
Der Landkreis war zuerst dem Regierungsbezirk Hildesheim und ab 1978 dem Regierungsbezirk Braunschweig angehörig, ehe dieser 2004 aufgelöst wurde.
Durch seine Lage im ehemaligen Zonenrandgebiet gab es für den Landkreis in seiner wirtschaftlichen Entwicklung viele Nachteile. Dementsprechend und aufgrund entsprechender Geologie ist die Land-, Forst- und Viehwirtschaft entsprechend ausgeprägt. Der Landkreis ist eine Ziel-2-Region des europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE).
Im Landkreis Northeim und der Region Südniedersachsen hat sich die Südniedersachsenstiftung die Förderung der Entwicklung und des Wachstums der Region Südniedersachsen in ihrer wirtschaftlichen, kulturellen und sozialen Gesamtheit zur Aufgabe gemacht.
Straße
Durch das östliche Kreisgebiet verläuft die Bundesautobahn 7 Hannover – Kassel in Nord-Süd-Richtung (4 Abfahrten im Kreisgebiet) wie auch die Bundesstraße 3. Die Bundesstraßen 64 und 241 verlaufen in West-Ost-Richtung durch das Kreisgebiet.
Schiene
In Kreiensen, wo braunschweigisches Territorium das Leinetal schneidet, wurde ein bedeutender Bahnknoten angelegt. Die Herzoglich Braunschweigische Staatseisenbahn eröffnete 1856 ihre Strecke von Braunschweig bis hierher und setzte sie 1865 in Richtung Holzminden fort.
Der zweite Knotenpunkt im Leinetal entstand in der Stadt Northeim durch Strecken der Preußischen Staatsbahn. In Northeim kreuzen sich Ost-West-Verbindungen mit der wichtigen Nord-Süd-Achse Hannover–Göttingen. Diese wurde 1854 von der Hannöverschen Staatsbahn erbaut. Seit 1868 wird in Richtung Herzberg - Nordhausen („Südharzstrecke“) gefahren und seit 1878 auch in der Gegenrichtung nach Uslar/Paderborn („Sollingbahn“). Von dieser Linie zweigt seit 1910 die Bahnstrecke Göttingen–Bodenfelde ab.
Zu diesem Netz von Hauptbahnen kamen nur noch wenige Nebenstrecken: Die Braunschweigische Landes-Eisenbahn-Gesellschaft schloss 1879 die Stadt Einbeck an die Bahn im Leinetal an; von dort führte 1883 die Ilmebahn die Gleise bis Dassel in den Solling hinein.
1921/1927 wurde die Bahnstrecke Uslar – Schönhagen (Han) von der Deutschen Reichsbahn eröffnet (9,62 km).
Die Preußische Staatsbahn verband ab 1902 Bad Gandersheim in nördlicher Richtung mit Hildesheim.
Im Jahre 1899 stellte die Kreisbahn Osterode – Kreiensen eine schmalspurige Verbindung zum Nachbarkreis Osterode her.
Ohne die Neubaustrecke der DB umfasste das Eisenbahnnetz 184 km. Davon wurde ein Drittel (60 km) stillgelegt:
* 1958–1989 schrittweise: Uslar – Schönhagen (Han) 9,62 km * 1967: Osterode – Goldbach-Marke – Kalefeld – Kreiensen 22 km * 1975: Lamspringe – Gehrenrode – Bad Gandersheim 10 km und Einbeck Mitte – Dassel 14 km * 1984: Einbeck-Salzderhelden – Einbeck Mitte (Personenverkehr) 4 km * 2002: Dassel – Markoldendorf (Gesamtverkehr) 5 km * 2004: Markoldendorf – Juliusmühle (Gesamtverkehr) 2 km
Allerdings ist mit etwa 35 km Länge die ICE-Neubaustrecke Hannover–Würzburg hinzugekommen. Diese verläuft ebenfalls in Nord-Süd-Richtung durch das östliche Kreisgebiet wie auch die parallel dazu verlaufende alte Nord-Süd-Strecke. Nächster Haltepunkt auf der ICE-Strecke ist Göttingen.