武乡县位于太行山区东麓，山西省东南部，长治市最北端，东经112026’至113022’。北纬36039’至37008’。东邻黎城、左权；西界祁县、平遥;北与榆社毗邻，南与襄垣接壤，西南与沁县交界。平面图上，疆界总长287公里。县境东西长150公里，南北最短距离10公里。全县总面积1610平方公里。
武乡县交通便利。太焦铁路、208国道、太长公路纵贯南北。武墨铁路、沁涉公路、权马公路横贯东西。目前全县公路总里程长457公里，包括国道1条（208国道武乡段）24公里，省道2条（南沁公路武乡段67.271公里，太长公路武乡段30公里）97.271公里，县道8条（权马线、故石线、上韩线、西东线，蟠砖线，石西线、榆洪线、北王线）114公里，注册乡道19条219公里。截至2002年底，全县公路通车里程达到728公里，其中油路（水泥）路419.6公里，砂砾路和土路308.4公里。全县14个乡镇、1个开发区，全部通了油路，372个村通了公路，187个村通了油路，全部通了机动车。
武乡县地跨太行、太岳两山之间，太行山脉由东北向西南蜿蜒。 太岳山脉从西北向西南逐渐延伸。地势呈东西高，中间低的马鞍形。 县境东部地区大部在海拔1400米以上，最高峰花儿垴达2008米。 西部地区海拔在1300米左右，最高峰紫金山达海拔1809米。 北部和南部的大部分山岭多在1000-1300米之间。中部地势比较平缓。最低处监漳滩至西川一带海拔800米。全县属黄土丘陵地带，境内丘陵起伏，沟壑纵横，河流交错。全县可分为石质山区，黄土丘陵区和较平川区三个不同的地形区域。
武乡县属温带大陆性气候，特征是一年四季分明，冬夏长，春秋短，季风强盛。 冬季寒冷少雪，春季干燥多风，夏季炎热多雨，秋季温和凉爽。各地因海拔高低不同气候差异较大，最热的监漳滩，年平均气温约在10℃左右，最冷的花儿垴，年均气温只有3℃上下。境内年平均无霜期在150天左右，最长的城关地区，无霜期在170天上下，东西两侧山区，无霜期一般在140天，境内各地的地形、地势差异较大，年降雨量分布亦明显不均，西部地区降水偏多，东部偏少。分水岭、故城、涌泉一带年降雨量在580—600mm，洪水、窑湾、韩北一带降雨量在540—580mm。
武乡县现有耕地面积４７万亩，宜林荒山面积８５万亩森林覆盖率为１６％。境内地下资源丰富，主要有煤、铁、石油、石灰石、铝矾土、硅藻土等。东部地区已探明媒炭储量１４． ４亿吨，全县煤田面积１２８平方公里，分布在墨镫、洪水、广志、窑湾、蟠龙、石门、东沟、韩北、监漳等９个乡镇，１９８７年被国务院列为全国 １００个重点产煤县之一。油页岩储藏量１４００万吨，主要分布在涌泉、城关、石北等乡镇。硅藻土储量１亿多吨，占全国已探明储量的１／１０。