Huyện Lập Thạch nằm ở phía tây bắc tỉnh Vĩnh Phúc, có vị trí địa lý:

• Phía bắc giáp huyện Sơn Dương, tỉnh Tuyên Quang với ranh giới tự nhiên là dãy núi Tam Đảo
• Phía đông giáp huyện Tam Đảo và huyện Tam Dương
• Phía nam giáp huyện Vĩnh Tường
• Phía tây giáp huyện Sông Lô.

Huyện Lập Thạch có diện tích 173,10 km2, dân số năm 2008 là 123.664 người, mật độ dân số đạt 714,4 người/km².

Lập Thạch có cấu tạo địa tầng cổ. Khu vực xung quanh núi Sáng và các xã Quang Sơn, Hợp Lý, Bắc Bình, Liễn Sơn ở hữu ngạn sông Phó Đáy, diện tích hàng chục km² có tuổi đại nguyên sinh. Vùng ven rìa trước núi Tam Đảo thuộc xã Đạo Trù có tuổi đại trung sinh. Như vậy, huyện Lập Thạch nằm trên một địa tầng rất vững vàng, rất cổ xưa, nơi "trẻ" nhất cũng cách ngày nay trên 200 triệu năm. Từ địa tầng đó đã xuất hiện hai thành tạo magma xâm nhập đáng kể là khối núi Sáng, tổng diện tích 70 km² và khối các núi Bầu, núi Lịch, núi Ngang, diện tích nhỏ hơn, nằm hai bên bờ sông Phó Đáy, từ xã Hợp Lý đến các xã Yên Dương, Bồ Lý, tuổi tuyệt đối là 350 triệu năm[4].

Nằm trong vùng nhiệt đới gió mùa, nhiệt độ trung bình từ 22 °C, số giờ nắng trung bình trong năm là 1.450 đến 1.550 giờ, lượng mưa trung bình 1.500-1.800 mm/năm, độ ẩm trung bình khoảng 84%, khí hậu Lập Thạch được chia làm 4 mùa rõ rệt. Mưa nhiều vào mùa hè gây úng lụt vùng trũng do nước từ các dãy núi lớn, như Tam Đảo, và từ sông Lô, sông Đáy trút vào đồng chiêm, nhiều khi tràn ngập ra cả đường liên huyện, liên xã gây cô lập các cụm dân cư và các xã. Mùa đông khí hậu khô hanh thậm chí gây hạn hán tại nhiều vùng đồi, núi.