小海町は長野県の東部、南佐久地域のほぼ中央に位置し、東は北相木村、西は八ヶ岳連峰を境に茅野市、南は南牧村・南相木村、北は佐久穂町（旧八千穂村）にそれぞれ接しています。

町の中央を南北に流れる千曲川に沿って帯状の平坦地が形成され、ここを国道１４１号、JR小海線が走り、町の主要な交通路となっています。千曲川の左岸（西部地域）は八ヶ岳連峰の裾野が広大な傾斜地として広がり、右岸（東部地域）は秩父山塊の裾野の段丘帯となっています。