Sein nördlicher Rand liegt an der Meerenge von Wetar, gegenüber der Insel Wetar; im Osten grenzt er an die Gemeinden Lautém, im Süden an Viqueque und im Westen an Manatuto.
Die Gemeinde hat eine Fläche von 1.507,95 km2 (582,22 Quadratmeilen). Der größte Teil der Gemeinde befindet sich in einer Höhe zwischen 100 und 500 m (330 und 1.640 ft). Direkt an der Küste fällt das Land auf Meereshöhe schnell ab.
Der höchste Berg von Baucau und der dritthöchste Berg in Osttimor ist mit 2.316 m (7.598 ft) Matebian; er liegt im Unterbezirk Quelicai.
Die Flüsse Laleia und Manuleiden, im Westen des Bezirks, münden im Norden in die Wetar-Straße. Die Flüsse Seiçal, Borauai, Lequinamo, Binagua und andere kleine Flüsse liegen östlich der Stadt Baucau; nur der Seiçal hat das ganze Jahr über Wasser.
Baucau verfügt auch über eine breite Küstenlinie mit Sandstränden, die sich ideal zum Schwimmen und für andere Wassersportarten eignen.