Hùng Sơn là một xã trung tâm của huyện Đại Từ, có tổng diện tích đất tự nhiên là 1344,86 ha với các vị trí tiếp giáp như sau : Phía Bắc giáp xã Tân Linh huyện Đại Từ tỉnh Thái Nguyên. Phía Nam giáp Thị trấn Đại Từ và xã Bình Thuận huyện Đại từ tỉnh Thái Nguyên. Phía Đông giáp xã Hà Thượng huyện Đại Từ tỉnh Thái Nguyên. Phía Tây giáp xã Tiên Hội huyện Đại Từ tỉnh Thái Nguyên.
Nhìn chung với vị trí địa lý như vậy xã có điều kiện rất thuận lợi cho việc trao đổi hàng hóa, giao lưu kinh tế với các xã khác trong huyện, bên cạnh đó xã còn nằm dọc trục đường quốc lộ 37 và là cửa ngõ phía Bắc của khu du lịch Hồ Núi Cốc nhờ đó có điều kiện để xã phát triển tốt các ngành nghề dịch vụ trong tương lai.
Hùng Sơn là xã vùng núi nên địa hình đặc trưng là các dãy núi có độ dốc lớn và bị chia cắt bởi hệ thống sông suối khe rạch. Do cấu trúc địa chất nên địa hình của xã nghiêng dần từ phía bắc xuống phía nam. Độ cao trung bình khoảng 250m. Phía bắc là những dãy núi đất có độ cao trung bình từ 300 – 400m, tầng đất dày, tuy nhiên lớp phủ thực vật kém do độ dốc lớn nên hiện tượng sói mòn rửa trôi xảy ra phổ biến. Phía nam là dãy núi đất xen với những đồi núi thấp có độ cao trung bình từ 100 – 150m.
Do đặc điểm địa hình đã tạo nên những thung lũng nhỏ hẹp nằm xen kẽ với những dãy đồi núi, đây là những cánh đồng có diện tích nhỏ, là nơi nhân dân trong xã sử dụng làm đất nông nghiệp.