Общината е разположена в североизточната част на област Шумен. С площта си от 264,335 km2 е 9-а, предпоследна по големина сред 10-те общините на областта, което съставлява 7,8% от територията на областта. Границите ѝ са следните:

на юг – община Нови пазар;
на запад – община Каолиново;
на североизток – община Тервел, област Добрич;
на югоизток – община Вълчи дол, област Варна;
Природни ресурси
Релеф
Релефът на общината е хълмист, като територията ѝ попада в централните части на Източната Дунавска равнина.

Община Никола Козлево заема крайните източните части на Лудогорското плато и най-югозападните части на Добруджанското плато с надморска височина между 200 и 350 m. В най-южната част на общината, в землището на село Църквица попада северния стръмен склон на платото Стана. В него, на границата с община Нови пазар се намира най-високата точка на общината 418,9 m.

Минималната височина на община Никола Козлево се намира в североизточната ѝ част, на границата с община Тервел – 190 m н.в.

Води
В най-южната част на общината, северно от селата Крива река и Църквица преминава вододела между Дунавския водосборен басейн и Черноморския водосборен басейн. Основна водна артерия е Хърсовска река (десен приток на Канагьол, от басейна на Дунав). Хърсовска река извира на 397 m н.в., на 2,5 km северозападно от с. Хърсово. До село Пет могили протича на изток и североизток в широка долина, а след това се насочва на север, като долината ѝ става каньоновидна, дълбоко всечена в аптските и сарматски варовици и льосовата покривка на Лудогорието и Добруджа. След село Цани Гинчево коритото ѝ окончателно пресъхва и от там нататък, вече в община Тервел продължава като суходолие, в което епизодично има водоток.

В най-южната част на общината покрай селата Крива река и Църквица протича част от горното течение на Крива река (ляв приток на Провадийска река).