İlçe, Filyos Çayı vadisinin iki yanında yer alan yamaçlar arasında kurulmuş olup, deniz seviyesinden yüksekliği 20 metredir. 228 kilometre uzunluğundaki Filyos Çayının yaklaşık 35 kilometrelik kısmı Çaycuma sınırları içinden geçerek, Filyos Beldesinde Karadeniz’ e dökülür.
İlçede Karadeniz iklimi hakimdir; yazları fazla sıcak değildir, kış Ayları ise ılık ve yağışlıdır. Yıllık ortalama yağış miktarı 1250-1500 kg/m2’dir.Yağışlar genellikle ilkbahar ve sonbahar mevsimlerinde görülür. İlçe Filyos Vadisi boyunca kuzey rüzgarlarının etkisi altındadır.
72 kilometre olan karayolu ağıyla il merkezine ve komşu ilçelere bağlanan Çaycuma’nın, Zonguldak-Ankara demiryolu üzerinde 3 istasyon ve 6 durağı bulunmaktadır. Zonguldak-Ankara karşılıklı seferleri dışında, günün diğer saatlerinde Zonguldak-Çaycuma-Karabük hattında yolcu ve yük nakli yapılmaktadır. ilçede 1942 yılında yapılan Kokaksu (Saltukova) Hava Alanı uzun yıllardan beri kaderine terk edilmişliğinden; sivil havacılık ihtiyaçları çerçevesinde ulaşıma açılması yönündeki çalışmaların başlaması ile kurtulmuştur. 1800 metre uzunluğundaki pist ve terminal binası inşaatı tamamlanmış, drenaj çalışmaları devam etmektedir.
M.Ö. 2000 yılından itibaren sırasıyla Pers, Makedonya, Pontus ve Roma Krallıklarının egemenliğinde olan Çaycuma’nın, M.S. dönemleri Bizans ve Türk Beyliklerinin egemenliğinde geçmiştir. Osmanlı döneminde, 1869 tarihli Kastamonu Vilayeti , 1916 tarihli Bolu Mutasarrıflığı Salnameleriyle ve 1869 yılında Çarşamba adıyla Devrek kazasına, 1883 yılında ise Bartın’a , Osmanlı Devletinin 1902 tarihli Salnameleriyle ise Çarşamba Nahiyesi olarak Zonguldak’a bağlandığı yazılı kaynaklardan anlaşılmaktadır.
Yeşilin hemen her tonuyla, konuklarını bağrına basan Çaycuma, tadına doyulmaz yoğurduyla yürekleri serinletir ve mis gibi bembeyaz yoğurt, türlü etkinliklerin sergilendiği , coşkuların yaşandığı festivallere adını verir Çaycuma’ da…