Xã Thanh Thịnh nằm ở phía tây huyện Chợ Mới, có vị trí địa lý:

• Phía đông giáp xã Như Cố
• Phía tây giáp tỉnh Thái Nguyên
• Phía nam giáp thị trấn Đồng Tâm
• Phía bắc giáp xã Nông Hạ.

Xã Thanh Thịnh có diện tích 51,51 km², dân số năm 2019 là 3.865 người, mật độ dân số đạt 75 người/km².[1]

Quốc lộ 3 chạy qua địa bàn xã Thanh Thịnh, song song với sông Cầu. Các phụ lưu của sông Cầu chảy qua xã bao gồm khuổi Tai, khuổi Tràng và Pe Pày ở tả ngạn, khuổi Lắc và khuổi Táo ở hữu ngạn.