Xã Phú Thượng nằm ở phía đông huyện Võ Nhai, có vị trí địa lý:
Phía đông giáp tỉnh Lạng Sơn
Phía tây giáp thị trấn Đình Cả và các xã Lâu Thượng, Vũ Chấn
Phía nam giáp xã Phương Giao và xã Tràng Xá
Phía bắc giáp tỉnh Lạng Sơn và xã Nghinh Tường.
Xã Phú Thượng có diện tích 45,45 km², dân số năm 1999 là 5.744 người, mật độ dân số đạt 126 người/km².