Norður-Þingeyjarsýsla er sýsla fyrir botni Öxarfjarðar og Þistilfjarðar en milli þeirra er Melrakkaslétta. Austan við Þistilfjörð er svo Langanes.

Nábúar Norður-Þingeyjarsýslu eru Suður-Þingeyjarsýsla og Norður-Múlasýsla en sýslan er alls um 5380 km². Hún var fyrst nefnd í skjali frá árinu 1550.

Engar eyjar eru fyrir ströndu sýslunnar en Melrakkaslétta er öll vogskorin.
Þá er Tjörnesströndin sæbrött sem og Langanes framanvert. Sýslan er öll nokkuð láglend og hækkar inn til landsins.
Mesta á sýslunnar er Jökulsá á Fjöllum sem rennur í mörkum að vestanverðu. Þá falla nokkrar stórar ár í Þistilfjörð en Hafralónsá er þeirra mest.

Stöðuvötn eru nokkur, sérstaklega á Sléttunni, og er Hraunhafnarvatn þeirra mest.

Láglendi sýslunnar er yfirleitt gróið og eru uppsveitirnar þurrlendar. Mýrafláka er að finna austan til i og á Melrakkasléttu. Í Kelduhverfi eru starengjar.

Í Öxarfirði eru náttúrulegir skógar en þeir eru einnig víðar. Gróið land er alls 1914 km² sem er um 35% flatarmálsins.