Bắc Sơn cách thủ đô Hà Nội 120 km về phía Bắc, cách thành phố Thanh Hóa 34 km về phía Nam, nằm trên mạng lưới giao thông vận tải thuận lợi với tuyến đường sắt Bắc - Nam, quốc lộ 1A chạy qua, tạo nên mối giao thương rộng lớn với các tỉnh trong vùng và các trung tâm kinh tế lớn của cả nước.

• Phía đông giáp phường Đông Sơn, Bỉm Sơn
• Phía tây giáp xã Hà Long, Hà Trung
• Phía nam giáp các phường Ba Đình, Ngọc Trạo
• Phía bắc giáp phường Nam Sơn, thành phố Tam Điệp, tỉnh Ninh Bình.