Общината заема крайната югоизточна част на област Благоевград. Административните ѝ граници са следните:

на североизток – община Сърница, област Пазарджик;
на изток – община Доспат, област Смолян;
на запад – община Гърмен;
на югозапад – община Хаджидимово;
на югоизток – Република Гърция.
Площта на общината е 332,591 km2, която ѝ отрежда 11-о място в област Благоевград и съставлява 5,16% от цялата площ на областта. Административен център е село Сатовча. Общината включва още 13 други села, 9 от които са центрове на кметства: Вълкосел, Годешево, Туховища, Слащен, Кочан, Ваклиново, Фъргово, Осина и Плетена, а останалите 4 села са без свое кметство: Жижево, Крибул, Долен и Боголин.

Релеф, води
Преобладаващият релеф е планински и полупланински със средна надморска височина около 1000 m. Цялата община заема части от югозападните склонове на западнородопския рид Дъбраш с най-висока точка връх Бойчеви скали – 1731 m (виж приложената топографска карта). Най-ниската точка на общината е в коритото на река Места, на държавната ни граница, при навлизането на реката в гръцка територия – 407 m н.в.

Цялата територия на общината попада във водосборния басейн на река Места. Тя протича в най-южната част на общината, по границата с община Хаджидимово и Република Гърция и в община Сатовча получава само леви притоци – Чечка Бистрица, Селски дол, Дупекдере, Скендере, Бабински дол, Дупелски дол и други по-малки. Втора по значение река в общината е река Доспат (ляв приток на Места, на гръцка територия), която протича в югоизточната част, по границата с община Доспат и Република Гърция. Нейни основни притоци са Осинска и Кочанска река. Като цяло водните ресурси на общината са по-богати в северната ѝ част.

Климат
Климатът е преходно-средиземноморски с подчертано планинско влияние във високите части. Средната годишна температура е около 10 °C. През зимата се образуват температурни инверсии. Преобладават пролетно-летните и есенно-зимните валежи.

Флора
Горският фонд обхваща по-голямата част от общината – 187 983 дка. Той е богат на иглолистни (бор, смърч и др.) и широколистни (бук, дъб, бреза и др.) дървесни видове. В северната част на общината, в землището на село Плетена е разположен резерватът „Конски дол“, в който се опазват вековни букови и смърчови гори. Тук е и ДГС „Дикчан“ стопанисващо голяма част от горския фонд на общината.

Фауна
Географското местоположение, надморската височина, климатът, растителността и други природни фактори създават условия за живот на почти всички видове дивеч в България. Най-голямо разпространени по територията на общината заемат видовете заек, дива свиня, сърна, благороден елен, дива котка, лисица, белка, муфлон, глухар, златка, кафява мечка, вълк и мн. др.