Thị trấn Phố Châu có vị trí địa lý:

• Phía đông giáp xã Sơn Trung và xã Sơn Phú
• Phía tây giáp xã Quang Diệm
• Phía nam giáp xã Sơn Hàm
• Phía bắc giáp xã Sơn Giang và xã Sơn Trung.

Thị trấn Phố Châu nằm ở điểm giao của đường quốc lộ 8 và đường Hồ Chí Minh, cách thành phố Vinh, thị xã Hồng Lĩnh lần lượt là 50 km và 35 km và là trung tâm dịch vụ xuất nhập khẩu hành lang đông - tây (quốc lộ 8) của tỉnh Hà Tĩnh.