Huyện có vị trí địa lý chiến lược về kinh tế, xã hội, quốc phòng, an ninh khu vực miền núi tỉnh Thanh Hóa; có hai con sông là sông Luồng, sông Lò cùng chảy qua địa bàn huyện và hòa vào dòng sông Mã, có ý nghĩa rất lớn về phòng hộ, tạo nguồn sinh thủy dự trữ nguồn nước, giảm tác động thiên tai và bảo vệ môi trường, tạo cân bằng hệ sinh thái đối với cả tỉnh.
Trên địa bàn huyện có tuyến giao thông đường bộ Quốc lộ 217 chạy qua, là tuyến đường kết nối đường 1A, đường Hồ Chí Minh với nước bạn Lào qua Cửa khẩu quốc tế Na Mèo và đường tiểu ngạch Tam Thanh - Sầm Tớ là điều kiện thuận lợi về giao lưu kinh tế và hợp tác phát triển.
1.1. Địa hình, địa mạo.
Là huyện vùng cao, địa hình hiểm trở, diện tích bề mặt bị chia cắt mạnh bởi sông Luồng và sông Lò, có các dãy núi cao kéo dài thành dải theo hướng Tây Bắc - Đông Nam như: đỉnh Pù Mằn - Sơn Hà cao 1247m; đỉnh Pa Panh - Sơn Điện, Sơn Lư cao 1146-1346m; Hướng núi thấp dần từ Tây sang Đông, có trên 91% diện tích là đồi núi, với các cấp độ dốc như sau:
- Đất có độ dốc cấp I [< 3o]: 4,48ha; chiếm gần 0,005% diện tích tự nhiên.
- Có độ dốc cấp II [4-8o]: 214,86 ha; chiếm 0,23%.
- Có Độ dốc cấp III [9-15o]: 2.285,21 ha; chiếm 2,46%.
- Có độ dốc cấp IV, V,VI[> 15o]: 90.512,48 ha; chiếm 97,31%.
1.2. Khí hậu thời tiết.
Huyện Quan Sơn thuộc vùng khí hậu núi cao phía Tây Bắc của tỉnh Thanh Hóa.
Nhiệt độ không khí trung bình năm 23oC, nhiệt độ không khí tối cao tuyệt đối 39- 40oC vào tháng 5, tháng 7; tối thấp tuyệt đối 2,6oC vào tháng 12, tháng 1. Tổng nhiệt độ năm 8000-8400oC.
Lượng mưa trung bình năm trên 1900 mm, mùa mưa tập trung từ tháng 5 đến tháng 10 [lượng mưa trên 100 mm]. Tháng có lượng mưa