Dyrøya ligger på innersida av Senja, østfor Tranøyfjorden og Solbergfjorden som skiller Senja fra fastlandet og som utgjør skipsleia mellom Harstad og Tromsø. Fra gammelt av lå Dyrøy og Senja tett sammen, og var tidligere deler av samme kommune i gamle Tranøy. Idag består Dyrøy kommune av Dyrøya og grenser mot Senja, samt på fastlandet til Sørreisa, Målselv og Salangen kommune.