Orosei è adagiato nella valle del fiume Cedrino, a poca distanza dal mare (Marina di Orosei) della costa orientale della Sardegna. Il suo territorio comprende un'estensione costiera di oltre 20 km lungo i quali si alternano spiagge (Marina di Orosei, Su Barone, Osala, Cala Ginepro, Sas Linnas Siccas, Bidderosa, Sa Curcurica) e strapiombi a picco sul mare del Golfo di Orosei. Ad Orosei appartengono anche le frazioni marittime di Sos Alinos e Calaliberotto.