大衡村は、宮城県のほぼ中央に位置し総面積60．32k平方メートルで、東西16km、南北7kmの東西に長い楕円形の村です。 南部は黒川郡大和町、東部は同大郷町、北東部は大崎市（旧三本木町）、北西部は加美郡色麻町にそれぞれ隣接しています。 また、中央部に国道4号、東部に東北自動車道、東北新幹線が南北に縦貫しており、仙台市（県庁）まで南へ25km、大崎市（旧古川市）までは北へ15kmの距離にあります。

　また、大衡村は仙台平野の西方奥羽山脈より東部に派生した丘陵地で、標高262．1mの達居森を最高に概ね標高80m以下の緩傾斜をなす地帯で樹枝状に広がる平坦部からなっています。 山林原野等は総面積の約65％を占め、内30％を占める北西部一帯は陸上自衛隊王城寺原演習場として利用されています。

　気候は、内陸性気候の影響を受け、気温は年平均11度位で、夏は南東の風で降水量もやや多く、冬は北西の風が強いが積雪は多いときで20cm程です。