桂川町は福岡県のほぼ中央部、北緯33度34分、東経130度40分にあって、広さは東西に約4キロメートル、南北に約8キロメートル、総面積20.14平方キロメートル。細長い逆三角形の形をしています。北西には飯塚市、南東には嘉麻市が隣接しています。
道路は、国道200号が町の西肩を南北に走っているほか、八木山バイパスや冷水道路などもあって、北九州や久留米・筑後地区、そして佐賀県・鳥栖地区を結ぶ大切な役割を果たしています。