Der Kreis Groß-Gerau ist ein Landkreis in Südhessen. Nachbarkreise sind im Norden die kreisfreie Stadt Wiesbaden, der Main-Taunus-Kreis und die kreisfreie Stadt Frankfurt am Main, im Osten die Kreise Offenbach und Darmstadt-Dieburg, im Süden der Kreis Bergstraße und im Westen bildet der Rhein die natürliche Grenze. Links des Rheins liegen die rheinland-pfälzischen Landkreise Alzey-Worms und Mainz-Bingen sowie die kreisfreie Stadt Mainz.
Der Landkreis liegt im oberen Rheingraben. Der Main bildet die nördliche, der Rhein die westliche Grenze. Im Osten beginnen die Ausläufer des Odenwaldes. Ein großer Teil des Kreises liegt im Hessischen Ried.
Die höchste Erhebung des Kreises ist mit 145 m der Oberwaldberg, eine ehemalige Müllkippe bei Mörfelden. Die niedrigste Stelle ist mit 82 m die Mündung des Mains in den Rhein.