จังหวัดแม่ฮ่องสอน เป็นจังหวัดชายแดนอยู่ทางภาคเหนือตอนบน ตั้งอยู่ทางภาคเหนือไปทางทิศตะวันตกเฉียงเหนือของประเทศไทย ระหว่างเส้นรุ้ง(ละติจูด) ที่ 17 องศา 38 ลิปดา – 19 องศา 48 ลิปดาเหนือ  และเส้นแวง(ลองติจูด)  ที่ 97 องศา 20 ลิปดา – 98 องศา 39 ลิปดาตะวันออก ห่างจากกรุงเทพมหานครประมาณ 924 กิโลเมตร มีเนื้อที่ประมาณ 12,681.2592 ตารางกิโลเมตร (หรือประมาณ 7,925,787 ไร่1) เป็นจังหวัดที่มีขนาดใหญ่เป็นอันดับ 8 ของประเทศ เนื้อที่มีรูปร่างเรียวยาวจากทิศเหนือจรดทิศใต้ มีความยาวประมาณ 250 กิโลเมตร เนื้อที่ส่วนใหญ่เป็นเนื้อที่ป่าไม้ ประมาณ 11,104.4464 ตารางกิโลเมตร (หรือประมาณ 6,940,279 ไร่1) คิดเป็นร้อยละ 87.5658 ของเนื้อที่จังหวัด รองลงมา คือ เนื้อที่ถือครองทางการเกษตร ประมาณ 484.9056 ตารางกิโลเมตร (หรือประมาณ 303,066 ไร่1) คิดเป็นร้อยละ 3.8238 ของเนื้อที่จังหวัด และเนื้อที่นอกการเกษตร ประมาณ 1,091.9072 ตารางกิโลเมตร (หรือประมาณ 682,442 ไร่1) คิดเป็นร้อยละ 8.6104 ของเนื้อที่จังหวัด จังหวัดแม่ฮ่องสอน มีเขตแดนติดต่อกับสาธารณรัฐแห่งสหภาพเมียนมา (ประเทศเมียนมา) รวมระยะทางประมาณ 483 กิโลเมตร โดยเป็นพื้นที่ดินประมาณ 362 กิโลเมตร เป็นแม่น้ำประมาณ 157 กิโลเมตร

อาณาเขตติดต่อกับจังหวัดใกล้เคียงและประเทศเพื่อนบ้าน เป็นดังนี้

  • ทิศเหนือ/ทิศตะวันตก ติดต่อกับรัฐฉาน รัฐคะยาและรัฐคอทูเล ประเทศเมียนมา โดยมีเทือกเขาถนนธงชัยตะวันตก แม่น้ำสาละวิน และแม่น้ำเมย เป็นแนวพรมแดนกั้นระหว่างประเทศ
  • ทิศใต้ ติดต่อกับอำเภอท่าสองยาง จังหวัดตาก โดยมีแม่น้ำยวมและแม่น้ำเงา เป็นแนวเขตระหว่างจังหวัด
  • ทิศตะวันออก ติดต่อกับอำเภอเวียงแหง เชียงดาว แม่แตง สะเมิง กัลยาณิวัฒนา แม่แจ่ม ฮอด และอมก๋อย(จากเหนือลงใต้) จังหวัดเชียงใหม่ โดยมีเทือกเขาถนนธงชัยกลาง และเทือกเขาถนนธงชัยตะวันออก เป็นแนวเขตระหว่างจังหวัด