Định Hóa là huyện miền núi của tỉnh Thái Nguyên, nằm trong khoảng tọa độ 105029’ đến 105043’ kinh độ đông, 21045’ đến 22030’ vĩ độ bắc; phía Tây - Tây bắc giáp tỉnh Tuyên Quang, Bắc - Đông bắc giáp tỉnh Bắc Kạn, Nam - Đông Nam giáp huyện Đại Từ, Phú Lương; huyện lỵ là thị trấn Chợ Chu, cách thành phố Thái Nguyên 50km về phía Tây Bắc [31].
Địa hình huyện Định Hóa khá phức tạp và tương đối hiểm trở, ở dạng núi thấp đồi cao. Xen giữa các dãy núi đá vôi và đồi, núi đất là những cánh đồng hẹp. Hướng địa hình thấp dần từ tây bắc xuống đông nam, phân làm hai vùng. Vùng núi bao gồm các xã ở phía bắc huyện. Vùng này có các dãy núicao từ 200 đến 400m so với mặt nước biển, thuộc phần cuối của dãy núi đá vôi cánh cung Sông Gâm, chạy theo hướng tây bắc - đông nam, từ bắc qua trung tâm huyện đến xã Trung Hội, tạo nên bức tường thành ở phía đông thị trấn Chợ Chu và những thung lũng nhỏ hẹp. Nhiều hang động trong các dãy núi đá này có những nhũ đá hình thù kỳ thú, đẹp mắt. Do đặc thù về điều kiện tự nhiên tạo ra nên đây cũng là nơi căn cứ địa cách mạng của Đảng và Chính phủ. Huyện Định Hóa hiện nay có 24 đơn vị hành chính cấp xã/phường gồm 1 thị trấn và 23 xã [31].
Định Hóa có 520,75km2 đất tự nhiên, trong đó 99,29km2 đất nông nghiệp, 221,7km2 đất lâm nghiệp, 8,46km2 đất chuyên dùng, 7,33km2 đất ở, 183,98km2 đất chưa sử dụng [145, tr.916]. Đất đai của huyện Định Hóa gồm 3 loại đất chính là đất feralit đỏ vàng, đất feralit hình thành trên đồi núi thấp màu đỏ hoặc vàng và đất thung lũng chủ yếu do tích tụ phù sa của sông, suối thích hợp cho việc trồng lúa. Đất này chủ yếu ở phía Nam nên phía Nam của huyện trở thành vựa lúa của toàn huyện. Thảm thực vật của Định Hoá rất phong phú, chứa đựng nhiều tiềm năng kinh tế, với các loại lâm sản quý như gỗ nghiến, lim, lát, sến và các loại tre, nứa, vầu, trám…Đặc biệt, vùng đất các xã phía nam có nhiều cây cọ, lá để lợp nhà, cuộng để làm mành, thân làm kèo, xà nhà rất bền. Tuy nhiên, ngày nay rừng đã bị thu hẹp nhanh chóng, nguồn tài nguyên rừng bị kiệt quệ, các loại lâm sản quý còn không đáng kể, các động vật quý hiếm hổ, báo, gấu hầu như không còn.
Định Hoá có khí hậu nhiệt đới, chia làm hai mùa. Mùa mưa trùng với mùa nóng chiếm 85% đến 90% lượng mưa cả năm. Mùa khô trùng với mùa lạnh, lượng mưa ít, chỉ chiếm 10% đến 15% lượng mưa cả năm. Những tháng đầu mùa khô thời tiết thường hanh khô, có khi cả tháng không mưa gây nên tình trạng hạn hán. Địa hình của huyện chia thành hai vùng rõ rệt. Phía Bắc là những dãy núi đá vôi chạy theo hướng Tây Bắc - Đông Nam có độ dốc lớn và nhiều hang động. Phía Nam là những dãy đồi núi thấp có nhiều rừng già, đất đai màu mỡ. Định Hóa không có các con sông lớn mà là hệ thống kênh suốinhỏ nên không có giá trị về giao thông đường thủy, chủ yếu phục vụ sinh hoạt, tưới tiêu nước cho gần 7200 ha đất canh tác của huyện. Rừng là tài nguyên thiên nhiên quan trọng của huyện, chiếm 90% diện tích tự nhiên. Rừng ở Định Hóa có nhiều lâm sản quý như nghiến, lim, sến, nứa, trám, măng, nhiều loại thú rừng, thuốc nam quý hiếm. Đặc biệt là nơi có khả năng phát triển cây công nghiệp nhất là cây chè.
Với vị trí địa lý và điều kiện tự nhiên trên, Định Hóa được xem là mảnh đất giàu tiềm năng phát triển kinh tế, xã hội và có vị trí chiến lược về quân sự, nơi đây cũng là nơi tụ cư của nhiều dân tộc.