旬阳市位于陕西省东南部、安康市东部，东以仙河中下游与大南河（郧西县境）分水岭及吕河上游与冷水河（白河县境）分水岭为界，由北向南，依次同湖北省郧西县、陕西省白河县毗邻。
旬阳市位处秦巴山地，汉江河谷自西向东横贯中部，将县境天然分割为南北两大自然区。地势南北高、中部低，南北向地形剖面呈“V”形，海拔185—2358.4米。汉江以北属秦岭山脉南坡，是秦岭纬向构造带秦岭亚带的组成部分，除王莽山-包家山为西北-东南走向外，其余山脉均为东西走向，中部高，四周低，面积2281.7平方千米，占旬阳市总面积的64.2%。