Xã Tam Thanh nằm về phía tây của huyện Quan Sơn, cách thị trấn Sơn Lư, huyện lỵ Quan Sơn 20km, từ Km 42 Quốc lộ 217 vào 12 km.

Ranh giới xã Tam Thanh phía Bắc giáp xã Sơn Điện; phía Nam giáp xã Yên Khương (huyện Lang Chánh); phía Đông giáp xã Tam Lư; phía Tây giáp Cụm Mường Pao (Lào).

Tam Thanh là một xã có địa hình núi cao, đồi núi chiếm hơn 70%, giao thông đi lại khó khăn, đất trồng cây lương thực ít. Hiện nay xã có 8 làng bản dân cư gồm bản Pa, bản Cha Lung, bản Phe, bản Na Ấu, bản Bôn, bản Ngàm, bản Kham, bản Mò.