Xã Sơn Thủy nằm phía Tây bắc Tỉnh Thanh Hóa, cách trung tâm Huyện Quan Sơn 37 km:
- Phía Đông giáp xã Thiên Phủ - Huyện Quan Hóa.
- Phía Tây giáp Xã Na Mèo và đường biên giới với Nước cộng hòa dân chủ nhân dân Lào;
- Phía Nam giáp Xã Mường Mìn;
- Phía Bắc giáp xã Hiền Kiệt, huyện Quan Hóa và đường biên giới với Nước cộng hòa dân chủ nhân dân Lào.
Sơn Thủy nằm dọc theo đường Biên giới Việt Nam – Lào và sông Luồng, suối sẻ, thuận lợi trong phát triển kinh tế nông, lâm nghiệp và tiềm năng phát triển du lịch sinh thái, nhưng hiện tại vẫn còn là xã nông nghiệp nghèo.