Huyện Thanh Sơn nằm ở phía nam tỉnh Phú Thọ, có vị trí địa lý:

• Phía đông giáp huyện Thanh Thủy
• Phía tây giáp huyện Tân Sơn
• Phía tây bắc giáp huyện Yên Lập
• Phía bắc giáp huyện Tam Nông
• Phía nam và tây nam giáp huyện Đà Bắc, tỉnh Hòa Bình
• Phía đông nam giáp thành phố Hòa Bình, tỉnh Hòa Bình.

Huyện Thanh Sơn có diện tích tự nhiên là 62.063 ha và dân số năm 2013 là 120.229 người.