İlçe, Doğu Toroslar' ın uzantısı olan Amanos (Nur) dağları ile Akdeniz’in İskenderun Körfezi arasında kuzey-güney doğrultusunda uzanan Dörtyol ve Payas ovalarından meydana gelmiştir.Doğusunda Amanos dağları ve Hassa ilçesi, batısında Akdeniz ve İskenderun Körfezi, kuzeyinde Erzin ilçesi ve güneyinde ise İskenderun ilçesi bulunmaktadır. İklimi yazları sıcak ve kurak, kışları ılık ve yağışlı olup, tipik bir Akdeniz iklimi hüküm sürmektedir.
İlçeye bağlı 6 köy ve merkez Dörtyol belediyesi olmak üzere Payas, Kuzuculu, Yeşilköy, Karakese, Altınçağ ve Yeniyurt belediyeleri ile birlikte 7 belediye teşkilatı bulunmaktadır.
İlçe sınırları içerisinde bulunan petrol boru hattı ve gaz dolum tesisleri ile özel sektöre ait çok sayıda haddahaneler, un fabrikası, meyve suyu ve meyve paketleme tesisleri ile tarım işletmelerinde istihdam edilen nüfus çalışma hayatına canlılık kazandırmaktadır. Yöremizde ziraatın yoğun olması dolayısıyla ilçe dışından mevsimlik işçi gelmektedir. Ziraate elverişli olan arazide; başta hububat, narenciye, sebze ve endüstri bitkileri yetiştirilmektedir. Payas kasabasında bulunan Payas Kalesi, Sokullu Mehmet Paşa Külliyesi ve Cin Kulesi en önemli tarihi ve turistik mekanlarıdır.