Общината се намира в източната част на област Смолян. С площта си от 174,951 km2 е 7-а по големина сред 10-те общини на областта, което съставлява 5,48% от територията на областта. Границите ѝ са следните:

на югозапад – община Рудозем;
на северозапад – община Смолян;
на север – община Баните;
на североизток – община Ардино, област Кърджали;
на изток – община Неделино;
на югоизток – община Златоград.
Природни ресурси
Релеф
Релефът на общината е ниско и средно планински и се простира в крайната югозападната част на Източните Родопи и в малка част от Западните Родопи.

Южната половина на общината, на юг от дълбоката долина на река Арда попада в югозападната част на източнородопския рид Жълти дял. Максималната височина на общината е връх Бучовица 1406,6 m, разположен на границата с община Златоград, на 1 km южно от село Крушев дол.

На север от долината на Арда на територията на община Мадан се простира крайната югоизточна част на дългия и тесен безименен западнородопски планински рид, отделящ се от Переликско-Преспанския дял източно от седловината Рожен и простиращ се в югоизточна посока между долините на реките Малка Арда и Черна (леви притоци на Арда). В пределите на общината максималната му височина е връх Света Неделя 1336,9 m, издигащ се на югозапад от село Купен.

Югоизточно от село Дирало, на границата с община Ардино, в коритото на река Арда се намира най-ниската ѝ точка – 567 m н.в.

Води
Основна водна артерия на община Мадан е река Арда. Тя протича през средата на общината от запад на изток в дълбока и тясна долина с множество планински меандри, на протежение от около 22 km, с част от горното си течение. Навлиза в община Мадан южно от село Рустан, минава през село Средногорци и покрай селата Леска, Цирка и Дирало и югоизточно от последното напуска нейните предели. Основни нейни притоци на територията ѝ са реките: Маданска река (десен), Черна (ляв, около 4 km от най-долното ѝ течение е в община Мадан), Малката река (ляв) и Буковска река (десен).