Huyện Sông Mã nằm ở phía tây nam tỉnh Sơn La, có vị trí địa lý:

• Phía bắc giáp huyện Thuận Châu
• Phía nam giáp huyện Sốp Cộp và giáp Lào
• Phía đông giáp huyện Mai Sơn
• Phía tây giáp huyện Điện Biên Đông, tỉnh Điện Biên.

Huyện Sông Mã có diện tích tự nhiên 164.220 ha, dân số năm 2019 là 154.224 người. Mật độ dân số đạt 94 người/km², gồm 6 dân tộc: Thái, Kinh, Mông, Xinh Mun, Khơ Mú, Kháng.

Huyện Sông Mã có địa bàn kéo dài dọc sông Mã, địa hình khá phức tạp, bị chia cắt mạnh bởi các dãy núi cao chạy theo hướng tây bắc - đông nam xen kẽ với các thung lũng và hệ thống sông, suối. Hệ thống núi dọc biên giới Việt - Lào của huyện có độ cao từ 306 - 1819m so với mực nước biển. Điểm thấp nhất là cánh đồng Nà Co Nghe, bản Trại Phong, xã Chiềng Cang và điểm cao nhất là đỉnh núi bản Huổi Hưa, xã Mường Cai, độ dốc chung toàn huyện từ 250 - 300m. Phần lớn là địa hình cao và dốc gây khó khăn cho việc phát triển kinh tế - xã hội, xây dựng cơ sở hạ tầng; các khu vực bằng và thung lũng chiếm tỉ lệ nhỏ phân bố rải rác tạo ra tiểu vùng khí hậu phù hợp với nhiều loại cây trồng, con giống khác nhau.

Diện tích đất thuận lợi cho sản xuất nông nghiệp là 22.545ha chiếm 13,82% tổng diện tích tự nhiên, trong đó đất để canh tác ruộng nước 1.700 ha chiếm 0,9% diện tích đất nông nghiệp, còn lại hầu hết là đất dốc. Đất có rừng có 55.814ha chiếm 34%, đất chưa sử dụng 93.364 ha chiếm 57,23% tổng diện tích đất tự nhiên.