Demirköy, doğudan Karadeniz, kuzeyden Bulgaristan, batıdan Pınarhisar, güneyden ise Vize ilçelerinin arazileri ile sınırlanmıştır. Merkez Yıldız Dağlarının kuzeydoğu etekleri üzerinde Bulanık Deresi ve onun bir kolu olan Değirmendere tarafından derince yarılmış olan 300 m. yüksekliğinde bir seki üzerinde kurulmuştur.
İlçe merkezi güneybatıdan gelen Pınarhisar - lğneada yolu üzerinde, 41°, 49', 30'' kuzey enlemi ve27°,46' doğu boylamı arasında yer almaktadır.