Xã Thượng Kiệm nằm trung tâm huyện Kim Sơn, cách trung tâm thành phố Ninh Bình 27 km, có vị trí địa lý:

• Phía đông giáp xã Kim Chính
• Phía tây giáp xã Lưu Phương
• Phía nam giáp tỉnh Nam Định ranh giới là sông Đáy
• Phía bắc giáp huyện Yên Mô.

Xã Thượng Kiệm có diện tích 6,81 km², dân số năm 2019 là 6.903 người[1], mật độ dân số đạt 1.014 người/km².

Thị trấn Phát Diệm có địa giới hành chính xen giữa xã Thượng Kiệm, chia xã làm hai phần tách biệt ở phía bắc và phía nam thị trấn.

Thượng Kiệm là xã nằm dài theo đê hữu sông Vạc, là tuyến đường thủy giao thông quốc gia ở Ninh Bình. Xã này cũng là một trong số xã được công nhận Anh hùng lực lượng vũ trang nhân dân ở Ninh Bình.