Naturalną granicą terytorium starostwa była na wschodzie Wisła, na zachodzie Noteć oraz rynna jezior byszewskich. Północna granica starostwa wytyczona w 1349 r. w rokowaniach Kazimierza Wielkiego z Krzyżakami aż do końca okresu staropolskiego była granicą Kujaw oraz Prus Zakonnych, potem KrólewskichPo 1772 r. była to północna granica Obwodu Nadnoteckiego (1772–1807), Księstwa Warszawskiego (departamentu bydgoskiego) (1806–1815), rejencji bydgoskiej (1815–1920), województwa poznańskiego (1920–1938).. W skład ziem, którymi zarządzał starosta oprócz obszarów dawnej kasztelanii bydgoskiej i wyszogrodzkiej wchodziło również tzw. terytorium tuczeńskie, obecnie w powiecie inowrocławskim.
W 1392 r. król Władysław Jagiełło włączył starostwo bydgoskie na prawach powiatu do nowo kształtowanego województwa inowrocławskiego