平定縣位于陽泉市南部。南接昔陽縣，西連壽陽縣，東北同盂縣接壤，西北與陽泉市郊區毗鄰，東以太行山為界與河北省井陘縣為鄰。全縣總面積1350平方千米，總人口32萬人（2008年）。轄8個鎮、2個鄉：冠山鎮、冶西鎮、鎖簧鎮、張莊鎮、東回鎮、柏井鎮、娘子關鎮、巨城鎮、石門口鄉、岔口鄉。縣政府駐冠山鎮評梅西街，距陽泉市中心9千米，距省會太原127千米。
境內西、南、北三面高而中、東部低，僅縣城附近有小片平川。地貌以山地和丘陵為主。西部為砂頁巖山地區，東部為石灰巖山地區，中部為盆地，是黃土覆蓋的砂頁巖丘陵區。最高點七千寨山，海拔1529.9米；最低點綿河娘子關河谷，海拔僅350米。主要河流有桃河及其支流溫河等，屬海河水系。屬暖溫帶大陸性季風氣候，年平均日照2696.3時，年平均氣溫10.5攝氏度，年平均降水量543.5毫米，無霜期為159天。
礦藏豐富，盛產煤、鐵，還有鋁礬土、瓷土、耐火黏土、鎂、磷、石灰石、石膏、硫磺、白云石、重晶石等。石太鐵路、太舊高速和陽（泉）黎（城）等干線公路過境。名勝古跡有省級重點文物保護單位冠山書院和娘子關，省級森林公園冠山林場，以及開河寺石窟、文廟大成殿、馬齒巖寺、明長城、娘子關瀑布等。