武乡县位于山西省东南部，长治市最北端，东邻黎城县、左权县，西界祁县、平遥县，北与榆社县毗邻，南与沁县、襄垣县接壤。

疆界线总长为287公里，县境东西长150公里，南北最窄地带为10公里，总面积为1611平方公里。

武乡县绵亘于太行、太岳两山之间，地势呈东西高，中间低，状若如意。县境东部地区海拔大部分在1400米以上，最高峰花儿垴达2008米。西部地区海拔在1300米左右，最高峰紫金山海拔1809米。北部和南部的大部分山岭多在1000-1300米之间。中部地势比较平缓，最低处监漳滩至西川一带海拔800米。全县可分为石质山区，黄土丘陵区和较平川区三个不同的地形区域。

武乡县属温带大陆性气候，一年四季分明，冬夏长，春秋短，季风强盛。冬季寒冷少雪，春季干燥多风，夏季炎热多雨，秋季温和凉爽，年平均无霜期在150天左右。境内各地的地形、地势差异较大，年降雨量分布亦明显不均，西部地区降水偏多，东部偏少。分水岭、故城、涌泉一带年降雨量在580—600mm，洪水、窑湾、韩北一带降雨量在540—580mm。