Xã Đồng Thắng nằm ở phía đông huyện Chợ Đồn, có vị trí địa lý:

• Phía đông giáp huyện Bạch Thông
• Phía tây giáp thị trấn Bằng Lũng và xã Phương Viên
• Phía nam giáp xã Đại Sảo
• Phía bắc giáp xã Bằng Phúc.

Xã Đồng Thắng có diện tích 46,40 km², dân số năm 2019 là 3.617 người, mật độ dân số đạt 78 người/km².[1]

Tỉnh lộ 257 chạy qua địa bàn xã Đồng Thắng. Sông Cầu khi chảy qua địa bàn xã thì nhận thêm nước từ suối Nà Cà và khuổi Câu rồi đổi hướng chảy xuống phía nam.