Huyện Hàm Thuận Nam có vị trí địa lý:

• Phía đông giáp Thành phố Phan Thiết.
• Phía tây giáp huyện Hàm Tân; Tây Nam giáp thị xã La Gi; Tây Bắc giáp huyện Tánh Linh.
• Phía nam giáp Biển Đông.
• Phía bắc và Đông Bắc giáp huyện Hàm Thuận Bắc.

Các dạng địa hình chính của huyện là:

• Vùng trung du gồm: xã Hàm Kiệm; xã Hàm Cường; xã Hàm Mỹ; xã Tân Thành.
• Vùng miền núi gồm: thị trấn Thuận Nam; xã Mương Mán; xã Hàm Thạnh; xã Tân Lập; xã Hàm Minh; xã Thuận Quý; xã Tân Thuận.
• Vùng cao: xã Mỹ Thạnh; xã Hàm Cần.

Sông ngòi: sông Phan, sông Cà Ty, sông La Ngà là những con sông lớn chảy qua địa bàn huyện.