Xã Phúc Sơn nằm ở phía nam thị xã Nghĩa Lộ, có vị trí địa lý:

• Phía đông giáp xã Thạch Lương
• Phía tây giáp huyện Trạm Tấu
• Phía nam giáp xã Thạch Lương và huyện Trạm Tấu
• Phía bắc giáp xã Hạnh Sơn.

Xã có diện tích 12,09 km², dân số năm 2019 là 6.584 người[3], mật độ dân số đạt 545 người/km².

Trên địa bàn xã có ngòi Thia, một phụ lưu cấp 1 của sông Hồng chảy qua.