Xã Ca Thành nằm ở phía tây bắc huyện Nguyên Bình, có vị trí địa lý:

• Phía đông giáp xã Triệu Nguyên và xã Vũ Nông
• Phía tây giáp tỉnh Bắc Kạn
• Phía nam giáp xã Mai Long và xã Phan Thanh
• Phía bắc giáp huyện Bảo Lạc và xã Yên Lạc.

Xã Ca Thành có diện tích 78,53 km², dân số năm 1999 là 2331 người,[1] mật độ dân số đạt 30 người/km².

Trên địa bàn xã có sông Neo và suối Nộc Soa chảy qua. Quốc lộ 34 chạy qua phần phía đông bắc của xã.