a) Vị trí địa lý
Theo nghị định số 61/2007/NĐ-CP ngày 09/04/2007 của Chính Phủ về việc điều chỉnh địa giới hành chính huyện Thanh Sơn để thành lập huyện Tân Sơn, tỉnh Phú Thọ, huyện Thanh Sơn nằm ở phía Nam tỉnh Phú Thọ và có vị trí địa lý như sau:
- Phía Bắc giáp các huyện Tam Nông và Yên Lập tỉnh Phú Thọ - Phía Nam giáp tỉnh Hoà Bình
- Phía Tây giáp huyện Tân Sơn tỉnh Phú Thọ
- Phía Đông giáp huyện Thanh Thuỷ tỉnh Phú Thọ và tỉnh Hoà Bình
Huyện Thanh Sơn có đường Quốc lộ 32A từ Hà Nội đi Sơn La, Yên Bái. Trên địa bàn huyện Thanh Sơn có 7 tuyến đường tỉnh 313, 313D, 316, 316C, 316D, 317 và 317B. Với tuyến quốc lộ và 7 tuyến đường tỉnh, huyện Thanh Sơn ở vị trí khá thuận tiện về giao thông. Nơi đây là đầu mối giao thông quan trọng, nơi chuyển tiếp giữa đồng bằng với trung du và miền núi. Từ đây có thể mở rộng giao thương với các huyện lân cận như Tam Nông, Thanh Thuỷ, Yên Lập, Tân Sơn; giao lưu với các tỉnh khác như Hoà Bình, Yên Bái và Hà Nội. Với vị trí địa lý đó, huyện Thanh Sơn thực sự là đầu mối giao lưu quan trọng, cửa ngõ chuyển tiếp của khu vực trung du và miền núi tạo những tiềm năng cho phát triển thị trường, giao lưu hàng hoá giữa các khu vực...
b) Địa hình, địa mạo
Huyện Thanh Sơn là đoạn cuối của dãy Hoàng Liên Sơn với nhiều dãy núi nằm nhô trong hệ phức hợp vùng núi thấp có độ cao trung bình từ 500 đến 700m. Đây là vùng thượng lưu của sông Bứa địa hình nghiêng dần về vùng trũng phía Đông (Địch Quả, Sơn Hùng) rồi đổ ra Sông Hồng ở địa phận huyện Tam Nông. Theo địa hình, có thể chia huyện Thanh Sơn thành 3 tiểu vùng:
- Tiểu vùng miền núi: Bao gồm các xã Thượng Cửu, Đông Cửu, Khả Cửu... với những ngọn núi cao từ 500 - 700m và có độ dốc ≥ 250.
- Tiểu vùng đồi núi cao xen lẫn đồi núi thấp: Tập trung ở các xã phía Bắc và Trung của huyện như Văn Miếu, Võ Miếu và Thục Luyện với độ dốc trung bình từ 5 - 250. Tiểu vùng này có những thung lũng hẹp, ít dốc xen lẫn, cũng có những ngọn đồi cao phù hợp với cây công nghiệp và lúa nương.
- Tiểu vùng đồng bằng: Xen lẫn đồi thấp tập trung chủ yếu ở những xã phía Đông và Đông Nam giáp với Thanh Thuỷ và Hoà Bình. Tiểu vùng này có độ dốc dưới 50
.
Như vậy về cơ bản huyện Thanh Sơn là huyện miền núi với địa hình đặc trưng là núi đồi có sườn dốc, bị phân cắt bởi nhiều thung lũng hẹp và trung bình. Địa hình đó cũng tạo cho huyện Thanh Sơn có cơ cấu kinh tế nông, lâm đa dạng,
tuy nhiên địa hình bị chia cắt phức tạp, đồi núi dốc cũng gây cho Thanh Sơn nhiều trở ngại trong phát triển kinh tế và xã hội.
c) Khí hậu, thuỷ văn và sông ngòi
Địa hình huyện Thanh Sơn rất đa dạng tạo ra các tiểu vùng khí hậu khác nhau: Địa hình chia cắt, dốc kéo dài, phần lớn là rừng núi thấp, cấu tạo theo kiểu bát úp, nằm trong vùng địa hình đồi núi thấp và trung bình thuộc lưu vực sông Bứa, nơi kết thúc dãy Hoàng Liên Sơn.
Do địa hình chi phối, khí hậu của huyện Thanh Sơn có những đặc trưng của khí hậu miền núi phía Bắc: Mùa hè nóng ẩm mưa nhiều, mùa đông lạnh, cuối đông ẩm ướt và mưa phùn, nhiệt độ thấp và nhiệt độ trung bình năm là 20 - 210C. Số giờ nắng bình quân các năm là 1453 giờ, lượng mưa trung bình năm dao động từ 1850 - 1950mm/năm, độ ẩm không khí trung bình qua các năm là 86,8%, tốc độ gió trung bình 1,8m/s, hướng gió chính: Đông, Đông Nam và Tây Nam.
Một số hiện tượng bất thường về thời tiết vẫn xảy ra tại huyện Thanh Sơn như quá lạnh về mùa Đông, thậm chí có băng giá và sương muối, ngược lại mùa hè nhiệt độ lại quá cao, khô nóng, hạn hán và thậm chí còn có gió Phơn Tây Nam (gió Lào); gió bão thường xảy ra quanh năm tuy sức gió không lớn nhưng hay xảy ra hiện tượng lốc xoáy kèm theo mưa rất to và mưa đá,... gây ảnh hưởng xấu đến sản xuất nông nghiệp.
Thanh Sơn có hàng trăm con suối lớn nhỏ đều tập trung đổ về Sông Bứa, các dòng suối lớn nhỏ có lượng nước lớn tập trung chính vào mùa hè, địa hình dốc nên thường có hiện tượng mưa lũ lớn gây sói mòn, rửa trôi đất, lụt lội cho một số vùng, phá huỷ các tuyến đường, chia cắt hệ thống giao thông liên xã và liên huyện.
