Η επαρχία της Λευκωσίας καταλαμβάνει το κεντρικό τμήμα της Κύπρου. Προς τα βόρεια συνορεύει με την επαρχία Κερύνειας, στα ανατολικά με τις επαρχίες Αμμοχώστου και Λάρνακας, στα δυτικά με την επαρχία Πάφου και στα νότια με τις επαρχίες Λεμεσού και Λάρνακας. Στα βορειοδυτικά περιβρέχεται από θάλασσα.
Σαν αποτέλεσμα της τουρκικής εισβολής του 1974, ποσοστό 34,8% περίπου του εδάφους της επαρχίας κατελήφθη και κατέχεται από τα τουρκικά στρατεύματα εισβολής. Το κατεχόμενο τμήμα της επαρχίας εκτείνεται από τα ανατολικά του Πύργου της Τηλλυρίας, περνά μέσα από την πόλη της Λευκωσίας και συνεχίζεται νοτιότερα για να περιλάβει τα χωριά Μαρκό, Πυρόι και Λουρουτζίνα. Συνολικά 60 οικισμοί της επαρχίας Λευκωσίας βρίσκονται στα κατεχόμενα εδάφη του νησιού. Οι οικισμοί αυτοί είναι οι ακόλουθοι:
Το βορειότερο γεωγραφικό πλάτος της επαρχίας, στα βορειοανατολικά του χωριού Κυθρέα, είναι 35°17'. Το νοτιότερο γεωγραφικό πλάτος, στα νότια του χωριού Φαρμακάς, είναι 34°53'. Το ανατολικότερο γεωγραφικό μήκος είναι 33°35΄36΄΄ και βρίσκεται στα ανατολικά του χωριού Αγυιά. Το δυτικότερο γεωγραφικό μήκος είναι 32°33'42'' και βρίσκεται στα ανατολικά του άκρου Πωμού.
Η επαρχία της Λευκωσίας, λόγω της θέσεώς της στο κεντρικό τμήμα του νησιού, χαρακτηρίζεται από πολύ μικρότερο μήκος ακτών σε σύγκριση με τις υπόλοιπες επαρχίες της Κύπρου. Η θάλασσα περιβρέχει μόνο το βορειοδυτικό της τμήμα, όπου δεσπόζει ο κόλπος της Μόρφου. Το μοναδικό άκρο, εκείνο των Κοκκίνων, βρίσκεται στα βορειοδυτικά του χωριού Κάτω Πύργος.
Η επαρχία της Λευκωσίας είναι η μεγαλύτερη σε διοικητική έκταση επαρχία της Κύπρου. Καταλαμβάνει έκταση γης 2.719 χμ2 περίπου, η οποία αντιπροσωπεύει το 29,4% της ολικής έκτασης της Κύπρου που είναι 9.251 χμ2. Ο μεγαλύτερος σε διοικητική έκταση οικισμός της επαρχίας είναι το Μηλικούρι (9.517 εκτάρια) και ο μικρότερος η Μοσφιλερή (181 εκτάρια).