Huyện Thạch Thành nằm ở phía bắc tỉnh Thanh Hóa, có vị trí địa lý:

• Phía đông giáp huyện Hà Trung
• Phía tây giáp huyện Cẩm Thủy
• Phía tây bắc giáp huyện Lạc Sơn (tỉnh Hòa Bình) và huyện Bá Thước
• Phía nam giáp huyện Vĩnh Lộc
• Phía bắc giáp huyện Nho Quan, đông bắc giáp thành phố Tam Điệp (đều thuộc tỉnh Ninh Bình).

Huyện Thạch Thành có diện tích 559,19 km²[1], dân số năm 2009 là 136.264 người[2], mật độ dân số đạt 244 người/km².