Xã Sơn Trường nằm ở phía nam của huyện Hương Sơn.

• Phía đông giáp xã Sơn Mai;
• Phía nam giáp xã Sơn Thọ của huyện Vũ Quang;
• Phía tây bắc giáp xã Sơn Hàm và một phần xã Sơn Thọ ở phía tây và tây nam;
• Phía bắc giáp xã Sơn Phú.

Phía đông là dãy núi Đòi trải dài từ bắc tới nam, núi Đòi là dãy núi phân định hai xã Sơn Trường và Sơn Mai.

Phía Tây xã còn có ngọn núi Tràm Mây. Ngọn núi Tràm Mây thuộc các xã Sơn Hàm, Sơn Trường và Sơn Thọ.