Xã Nghĩa Thắng nằm ở phía tây huyện Tư Nghĩa, có vị trí địa lý:

• Phía đông giáp xã Nghĩa Kỳ và xã Nghĩa Thuận
• Phía tây giáp xã Nghĩa Lâm và xã Nghĩa Sơn
• Phía nam giáp huyện Nghĩa Hành
• Phía bắc giáp huyện Sơn Tịnh.

Xã Nghĩa Thắng có diện tích 39,15 km², dân số năm 2019 là 9.541 người, mật độ dân số đạt 244 người/km².[2] Tỉnh lộ 625 chạy qua địa bàn xã Nghĩa Thắng.