İlçe Samsun-Ordu karayolu üzerinde ve Yeşilırmak'ın iki yakasında Çarşamba ovası üzerinde kurulmuştur. Doğusunda Terme, batısında Tekkeköy, Kuzeyinde Karadeniz kıyıları, Güneyde ise Ayvacık ve Salıpazarı ilçeleri ile sınırlanmıştır.
Bafra gibi Çarşamba'da Yeşilırmak'ın biriktirdiği birikinti ovasıdır. Yeşilırmak ovayı ikiye bölmektedir. Canik dağlarının uzantısı olan dağlar ilçenin güneyinde kalmaktadır. Ormanlarla kaplı olan bu alanlardan denize kadar uzanan sadece çaltı burnundaki ormanlık alanlarıdır. Türkiye'nin büyük akarsularından olan 416 km. uzunluğundaki Yeşilırmak ilçenin en büyük akarsuyudur. Sivas'taki Köse Dağlarından (2801m) doğar, Canik dağlarını aşarak Çarşamba ovasına ulaşır, Civa burnundan Karadeniz'e dökülür.
Yeşilırmak'ın denize yakın kısımlarında delta gölleri oluşmuştur. Sahilde yer alan bu göller; Dumanlı gölü, Akarcık gölü, Akmaz gölü, Koca göldür. Diğer göller ise ırmak yatağının değişmesi sonucu oluşmuş göllerdir. Bunlar; Sazlıkgölü, Çilme gölü, Körırmak gölüdür. Göllerin çevresi sazlık ve bataklıkla çevrilidir.