Kohtla-Järve rajoon asub Eesti NSV kirdesopis. Naabriteks on läänes Rakvere ja Jõgeva rajoon, idas Narva linn ja Vene NFSV Leningradi oblast.
Suurem osa rajooni piirist on looduslik. Põhjas sinab Soome laht, lõunas veerevad rannale Peipsi järve lained. Leningradi oblastist lahutab rajooni Narva jõgi. Läänepoolne piir on tinglik, mis ainult Peressaare lähedal kulgeb paarikümne kilomeetri ulatuses mööda Sonda-Mustvee raudteed.
Kohtla-Järve rajooni territoorium hõlmab 3186,7 ruutkilomeetrit, olles seega Eesti NSV rajoonidest suuruselt viiendal kohal. Rajoon jaguneb 17 külanõukoguks. Elanike arv (v. a. Kohtla-Järve ja Sillamäe) on 28,5 tuhat.
Rajooni keskel asub kaks vabariikliku alluvusega linna – Kohtla-Järve ja Sillamäe. Kohtla-Järve linnanõukogule alluvad Kiviõli linn ja Püssi ning Viivikonna alev. Rohkete ja laialipaisatud linnajagudega võtab Kohtla-Järve enda alla 440 km². Elanikke on siin 67 tuhat. Sillamäe elanike arv ulatub 13 tuhandeni.