Xã Nam Hòa nằm ở phía nam huyện Đồng Hỷ, có vị trí địa lý:

• Phía đông giáp xã Cây Thị
• Phía tây giáp thành phố Thái Nguyên
• Phía nam giáp thành phố Thái Nguyên, huyện Phú Bình, thị trấn Trại Cau và xã Tân Lợi
• Phía bắc giáp xã Khe Mo và xã Văn Hán.

Xã Nam Hòa có diện tích 24,78 km², dân số năm 2020 là 12.716 người, mật độ dân số đạt 513 người/km².

Xã có tuyến đường tỉnh lộ 269 nối từ thành phố Thái Nguyên sang tỉnh Bắc Giang chạy qua địa bàn. Đây là một trong những xã thuộc vùng mỏ sắt Trại Cau.