Güneydoğu Anadolu Bölgesi’nde Diyarbakır İli’ne bağlı ilçe olan Bismil’in, kuzeyinde Silvan, batısında Diyarbakır Merkez, güneybatısında Çınar ilçesi, güneyinde Mardin, doğusunda da Siirt bulunmaktadır. Dicle Irmağı’nın oluşturduğu jeolojik çöküntü alanında yer alan Bismil’in kuzeyinde Yumru Dağı’nın uzantıları bulunmaktadır. Bu dağlar 750 m.lik yükseltilere ulaşmaktadır. Dicle Nehri ilçenin başlıca akarsuyudur. Doğu batı doğrultusunda ilçe topraklarından geçen Dicle Irmağına Kuruçay, Pamukçay ve Batman Çayı katılmaktadır. Bunlardan Batman Çayı aynı zamanda Bismil’in Siirt ili ile doğal sınırını oluşturur. İlçenin orta kesiminde Dicle Irmağının suladığı, 18.000 hektarlık alana yayılan Behremki Ovası bulunmaktadır. İlçenin tek gölü olan ve halk arasında At Gölü olarak anılan göl, Çöltepe Köyü yakınlarında bulunmaktadır.