武鄉縣位于太行山區東麓，山西省東南部，長治市最北端，東經112026’至113022’。北緯36039’至37008’。東鄰黎城、左權；西界祁縣、平遙;北與榆社毗鄰，南與襄垣接壤，西南與沁縣交界。平面圖上，疆界總長287公里。縣境東西長150公里，南北最短距離10公里。全縣總面積1610平方公里。
武鄉縣交通便利。太焦鐵路、208國道、太長公路縱貫南北。武墨鐵路、沁涉公路、權馬公路橫貫東西。目前全縣公路總里程長457公里，包括國道1條（208國道武鄉段）24公里，省道2條（南沁公路武鄉段67.271公里，太長公路武鄉段30公里）97.271公里，縣道8條（權馬線、故石線、上韓線、西東線，蟠磚線，石西線、榆洪線、北王線）114公里，注冊鄉道19條219公里。截至2002年底，全縣公路通車里程達到728公里，其中油路（水泥）路419.6公里，砂礫路和土路308.4公里。全縣14個鄉鎮、1個開發區，全部通了油路，372個村通了公路，187個村通了油路，全部通了機動車。
武鄉縣地跨太行、太岳兩山之間，太行山脈由東北向西南蜿蜒。 太岳山脈從西北向西南逐漸延伸。地勢呈東西高，中間低的馬鞍形。 縣境東部地區大部在海拔1400米以上，最高峰花兒垴達2008米。 西部地區海拔在1300米左右，最高峰紫金山達海拔1809米。 北部和南部的大部分山嶺多在1000-1300米之間。中部地勢比較平緩。最低處監漳灘至西川一帶海拔800米。全縣屬黃土丘陵地帶，境內丘陵起伏，溝壑縱橫，河流交錯。全縣可分為石質山區，黃土丘陵區和較平川區三個不同的地形區域。
武鄉縣屬溫帶大陸性氣候，特征是一年四季分明，冬夏長，春秋短，季風強盛。 冬季寒冷少雪，春季干燥多風，夏季炎熱多雨，秋季溫和涼爽。各地因海拔高低不同氣候差異較大，最熱的監漳灘，年平均氣溫約在10℃左右，最冷的花兒垴，年均氣溫只有3℃上下。境內年平均無霜期在150天左右，最長的城關地區，無霜期在170天上下，東西兩側山區，無霜期一般在140天，境內各地的地形、地勢差異較大，年降雨量分布亦明顯不均，西部地區降水偏多，東部偏少。分水嶺、故城、涌泉一帶年降雨量在580—600mm，洪水、窯灣、韓北一帶降雨量在540—580mm。
武鄉縣現有耕地面積４７萬畝，宜林荒山面積８５萬畝森林覆蓋率為１６％。境內地下資源豐富，主要有煤、鐵、石油、石灰石、鋁礬土、硅藻土等。東部地區已探明媒炭儲量１４． ４億噸，全縣煤田面積１２８平方公里，分布在墨鐙、洪水、廣志、窯灣、蟠龍、石門、東溝、韓北、監漳等９個鄉鎮，１９８７年被國務院列為全國 １００個重點產煤縣之一。油頁巖儲藏量１４００萬噸，主要分布在涌泉、城關、石北等鄉鎮。硅藻土儲量１億多噸，占全國已探明儲量的１／１０。