Έδρα του δήμου είναι η Λίμνη. Ο Δήμος συνορεύει προς βορρά με τον Δήμο Ιστιαίας–Αιδηψού και προς νότο με τον Δήμο Διρφύων–Μεσσαπίων. Δυτικά βρίσκεται ο Βόρειος Ευβοϊκός κόλπος και ανατολικά το Αιγαίο πέλαγος. Ο Δήμος χαρακτηρίζεται πευκόφυτος, αλλά από τις πυρκαγιές του Αυγούστου 2021, έχει καεί η πλειοψηφία του δάσους και έχει χαρακτηριστεί αναδασωτέα η περιοχή. Ο Δήμος συνδέεται οδικώς με τη Χαλκίδα μέσω Μαντουδίου, με τα Λουτρά Αιδηψού μέσω Λίμνης και με την Ιστιαία μέσω Αγίας Άννας. Επίσης συνδέεται ακτοπλοϊκά με τη Σκιάθο, τη Σκόπελο και την Αλόννησο μέσω του Λιμανιού Μαντουδίου στο Κυμάσι. Έχει δύο κύριους ποταμούς τον Κηρέα που πηγάζει από τα βουνά νότια του Δήμου και τον Νηλέα που πηγάζει από τα βόρεια του Δήμου. Η οδική σύνδεση από τη Χαλκίδα απέχει από το Μαντούδι περίπου μία ώρα, από τη Λίμνη περίπου μιάμιση, και από την Αγία Άννα μία και ένα τέταρτο.
Ο Δήμος Μαντουδίου Λίμνης Αγίας Άννας υπέστη σοβαρές καταστροφές από τις πυρκαγιές του Αυγούστου 2021 ιδιαίτερα τα βορειοκεντρικά μέρη του Δήμου. Κάηκαν περίπου 550.000 στρέμματα. Το κακό ήρθε να συμπληρώσει και οι πλημμύρες που επακολούθησαν αργότερα τον χειμώνα, με αποτέλεσμα να μην παράγεται το ελαιόλαδο, κρασί, ρητινοκαλιέργειες, και άλλες παραγωγές που καταστράφηκαν.