W historii powiatu doszło do jednej zmiany jego granic. W 2021 roku w granice miasta Włocławka włączono część wsi Potok o powierzchni 76,44 ha z gminy WłocławekRozporządzenie Rady Ministrów z dnia 31 lipca 2020 r. w sprawie ustalenia granic niektórych gmin i miast, nadania niektórym miejscowościom statusu miasta, zmiany nazwy gminy oraz siedziby władz gminy ().. Władze Włocławka wnioskowały o przyłączenie znacznie większego obszaru – niemal 180 ha. Rada Gminy Włocławek początkowo negatywnie opiniowała wniosek, jednak po negocjacjach i zmniejszeniu obszaru podlegającego zmianom wyraziła zgodę na zmianę granic.
Pokrycie terenu Powiat włocławski według danych z 2025 roku zajmował powierzchnię 1471,55 km², co stanowiło 8,2% powierzchni województwa kujawsko-pomorskiego. Pod względem powierzchni zajął 2. lokatę spośród 19 powiatów w województwie oraz 40. miejsce wśród 314 powiatów Polski. Największą część powierzchni powiatu zajmowały grunty rolne (73,6%) oraz leśne (18,9%). Zabudowanych i zurbanizowanych było 4,3% terenów, zaś pod wodami znajdowało się ich 3,0%.
Zasoby naturalne Na terenie powiatu są zasoby węgla brunatnego oraz soli kamiennej (okolice Lubienia Kujawskiego).