Xã Phan Thanh nằm ở phía tây nam huyện Nguyên Bình, có vị trí địa lý:

• Phía đông giáp xã Quang Thành và xã Thành Công
• Phía tây giáp tỉnh Bắc Kạn
• Phía nam giáp tỉnh Bắc Kạn và xã Thành Công
• Phía bắc giáp thị trấn Tĩnh Túc và các xã Ca Thành, Mai Long, Vũ Nông.

Xã Phan Thanh có diện tích 52,22 km², dân số năm 2019 là 3.150 người[1], mật độ dân số đạt 60 người/km².

Trên địa bàn xã có một số ngọn núi như Cà Thoong, Pia Nón. sông Năng và sông Pác Phán chảy qua địa phận xã Phan Thanh.