Phạm Tịnh sơn nằm ở phía đông bắc của tỉnh Quý Châu, với đỉnh cao nhất là Phượng Hoàng cao 2.570 mét, xung quanh là các ngọn đồi thấp.[1][2] Nó rộng 28,74 km từ đông sang tây và dài 36,74 km từ nam ra bắc. Ngọn núi nằm ở trung tâm của vùng cận nhiệt đới và trong vùng chuyển tiếp từ Cao nguyên Vân-Quý đến những ngọn núi tương đối cao ở phía tây tỉnh Hồ Nam. Khu vực này có sông Ô và sông Nguyên chảy qua.

Do nằm ở khu vực gió mùa Đông Á, trung tâm của vùng cận nhiệt đới Á-Âu và độ cao chênh lệch lớn, Phạm Tịnh sơn có khí hậu nhiệt đới ẩm ướt.