Noarootsi vald asub Lääne maakonnas, Eesti mandriosa loodeservas, keskusega Noarootsi poolsaarel Pürksi külas, 37 kilomeetri kaugusel maakonna keskusest Haapsalust (talvel jäätee kasutamisel on Pürksist Haapsalusse 7 km) ja 110 km kaugusel pealinnast Tallinnast.
Valla territoorium on 296 km2 . Vallal on ligikaudu 100 km rannajoont. Valla üldpindalast moodustab 98% ehk 29127 ha mandriosa. Saarte pind on kokku 513 ha, millest suuremad on Osmussaar (Odensholm) 481 ha, Mõisasaar (Hovsgrundet; Rikolgronne) 15 ha, Umpasaar (Hompa) 8,7 ha ja Ulasrahu (Olasaurn) 6,8 ha. Reljeefilt on valla territoorium tasane, mereäärsete kinnistunud liivaluidete, männimetsa ja luitevallide vaheliste ja taguste sooaladega. Rannaaladest on suur osa roostunud (just poolsaare osas), kuid on ka kauneid liivarandasid (Telise, Roosta, Uuejõe).
Noarootsi valla territooriumil asuvad jõgedest täielikult või osaliselt Nõva jõgi (üldpikkus 22 km), Riguldi jõgi (pikkus 12 km), Leidissoo peakraav (pikkus 6 km), Höbringi oja, Uuejõe. Jõgedest kolm esimest on avalikult kasutatavate vooluveekogude nimekirjas. Suurematest järvedest asuvad vallas Sutlepa meri (pindala 202 ha), Vööla meri (74 ha), Karjatsi meri (38 ha), Tuksi järv (20 ha), Kudani järv (13 ha), Allikajärv (8 ha).
Valla territooriumil on neli riiklikku kaitseala: Nõva ja Osmussaare maastikukaitsealad ning Silma ja Leidissoo looduskaitsealad.
Noarootsi vallas on 23 küla (ametlikud nimed on koos rööpnimedega): Aulepa/Dirslätt, Dirhami/Derhamn, Einbi/Enby, Elbiku/Ölbäck, Hara/Harga, Hosby, Höbringi/ Höbring, Kudani/Gutanäs, Osmussaare/Odensholm, Paslepa/Pasklep, Pürksi/Birkas, Riguldi/Rickul, Rooslepa/Roslep, Saare/Lyckholm, Spithami/Spithamn, Sutlepa/Sutlep, Suur-Nõmmküla/Klottorp, Tahu/Skåtanäs, Telise/Tällnäs, Tuksi/Bergsby, Vanaküla/Gambyn, Väike-Nõmmküla/ Persåker, Österby.