Lục Xuân giáp với huyện Hồng Hà ở phía bắc, hai huyện Kim Bình và Nguyên Dương ở phía đông, Giang Thành ở phía tây, phía tây bắc là huyện Mặc Giang của địa cấp thị Phổ Nhị, phía tây nam là Giang Thành của địa cấp thị Phổ Nhĩ và tỉnh Lai Châu của Việt Nam ở phía đông nam[1].

Điểm cao nhất đạt 2.637 m, điểm thấp nhất đạt 320 m trên mực nước biển. Nhiệt độ trung bình hàng năm đạt 16,6 °C. Lượng mưa trung bình hàng năm đạt 2.400 mm[1]. Trong địa phận huyện này có hai con sông chính là sông Lý Tiên và sông Đằng Điều.