Thị trấn Sơn Dương có vị trí địa lý:

• Phía bắc giáp các xã Tú Thịnh và Hợp Thành
• Phía đông giáp các xã Hợp Thành và Kháng Nhật
• Phía nam giáp các xã Kháng Nhật và Phúc Ứng
• Phía tây giáp các xã Phúc Ứng và Tú Thịnh.

Thị trấn Sơn Dương có diện tích 20,74 km², dân số năm 2018 là 20.413 người,[2] mật độ dân số đạt 614 người/km².

Thị trấn Sơn Dương nằm ở đôi bờ sông Phó Đáy, có suối Tư Trầm và ngòi Đất Cao chảy qua. Tuyến quốc lộ 37 và tuyến quốc lộ 2C chạy qua địa bàn thị trấn.