该陨坑西侧毗邻伯克兰环形山；西北靠近范德格拉夫环形山和拿索环形山；伦福德环形山位于它的东面； 南面横亘着莱布尼兹环形山；奥尔洛夫环形山坐落在东北；东南分别有奥本海默环形山和戴维孙环形山，列文虎克环形山的西南偏西则是智海。该陨坑的中心月面坐标为29.28°S 178.87°W，直径125公里，深度2.9公里。

列文虎克环形山的外侧边缘已磨损和侵蚀，形成一圈环坑底的崎岖山脊。陨坑西侧和南侧内壁较宽，坑壁平均高出周边地形1620米，内部容积约有16600立方千米。坑底地表凹凸不平，但东北部覆盖着幽暗的玄武质熔岩，偏东北有一对醒目的小陨坑和数个细小的陨洞；中心处坐落着一座庞大的中央峰。列文虎克环形山部分重叠在东北的卫星坑列文虎克 E上。