Xã An Sơn nằm ở phía tây bắc thành phố Thuận An, cách trung tâm thành phố Thủ Dầu Một khoảng 10 km, có vị trí địa lý:

• Phía đông giáp các phường Bình Nhâm và Hưng Định
• Phía tây và phía nam giáp Thành phố Hồ Chí Minh
• Phía bắc giáp thành phố Thủ Dầu Một và phường An Thạnh.

Xã An Sơn nằm dọc theo sông Sài Gòn nên thuận lợi trong phát triển cảng sông và du lịch sinh thái. Hiện nay, An Sơn vẫn là một xã nông nghiệp

Xã có diện tích tự nhiên là 579 ha, chiếm 14,6% diện tích tự nhiên của thành phố Thuận An; trong đó diện tích đất nông nghiệp hiện tại là 381,7 ha, chiếm 66,12% và đất phi nông nghiệp là 195,6 ha, chiếm 33,88%.

An Sơn có địa hình đồi thoải, có độ cao trung bình 0,7 - 1,0m (so với mực nước biển), là vùng giáp đê bao sông Sài Gòn. Địa chất địa phương có kết cấu không vững chắc nên không phù hợp cho việc xây dựng các khu công nghiệp mà chỉ thích hợp cho việc phát triển các khu dân cư, các trung tâm hành chính thương mại, khu du lịch sinh thái.

Ngoài ra, An Sơn còn là xã thuộc vùng trũng, thấp do đó xã có hệ thống kênh rạch khá chằng chịt.