Thượng Hóa là một xã biên giới với Lào, nằm ở cực nam của huyện Minh Hóa, phía Tây Nam giáp huyện Nakai tỉnh Khammuane của Lào, (vườn quốc gia Hin Namno). Phía Nam và Đông của Thượng Hóa là huyện Bố Trạch tỉnh Quảng Bình (Phong Nha-Kẻ Bàng). Phía Đông Bắc Thượng Hóa là xã Tân Hóa, phía Bắc giáp xã Trung Hóa huyện Minh Hóa, phía Tây Bắc giáp xã Hóa Sơn cũng thuộc huyện Minh Hóa. Xã có diện tích 346,34 km², dân số thời điểm năm 2009 là 3065 người. Đây là một xã miền núi gần với vùng đệm Vườn quốc gia Phong Nha-Kẻ Bàng.

Xã có các thôn: Yên Hợp, Yên Hợp 2, Phú Nhiêu, Phú Minh. Đường Trường Sơn chạy qua xã Thượng Hóa.