Sông Mã là huyện vùng cao biên giới, phía Tây Nam của tỉnh Sơn La. Độ cao trung bình 600 m so với mặt nước biển. Tọa độ địa lý điểm trung tâm từ 21° 06’04” độ vĩ bắc đến 103°43’56” độ kinh đông. Phía Bắc giáp huyện Thuận Châu; phía Nam giáp nước Cộng hòa Dân chủ Nhân dân Lào và huyện Sốp Cộp; phía Đông giáp huyện Mai Sơn; phía Tây giáp huyện Điện Biên Đông, tỉnh Điện Biên, Huyện lỵ đặt tại thị trấn Sông Mã. Từ thành phố Sơn La đến huyện lỵ Sông Mã dài 110 km đi theo quốc lộ 4G. Từ Hà Nội đến huyện lỵ Sông Mã dài hơn 300 km đi theo quốc lộ 6, sau đó theo quốc lộ 4G.
Huyện Sông Mã. (Nguồn ảnh báo Sơn La)
Huyện Sông Mã có đường biên giới dài 43,425 km, tiếp giáp với huyện Mường Ét và huyện Xiểng Khọ, tỉnh Hủa Phăn, nước Cộng hòa Dân chủ Nhân dân Lào. Các xã Mường Sại, Mường Cai, Chiềng Khương, Mường Hung nằm dọc theo tuyến biên giới Việt - Lào, có cửa khẩu quốc gia Chiềng Khương. Trên địa bàn huyện có 21 mốc Quốc giới, trong đó có 1 mốc đại, 4 mốc trung và 16 mốc tiểu. Có đường vành đai biên giới kéo dài từ xã Mường Sại đi qua xã Chiềng Khương, Mường Hung đến xã Mường Cai.
Năm 2014, dân số của huyện Sông Mã là 140.023 người có 6 dân tộc chủ yếu cùng sinh sống, trong đó: Dân tộc Thái chiếm 61,13%; dân tộc Mông chiếm 17,99%; dân tộc Kinh chiếm 12,62%; dân tộc Xinh Mun chiêm 4,94%; dân tộc Khơ Mú chiếm 2,58%; dân tộc Kháng chiếm 0,5% và dân tộc khác chiếm 0,2%.
Thực hiện di dân tái định cư Thủy điện Sơn La, tỉnh Sơn La đã tổ chức di chuyển dân ở các huyện Quỳnh Nhai, Mường La đến tái định cư tại huyện Sông Mã ở 26 bản thuộc 5 xã, với 616 hộ, 3.256 người, thành lập 15 bản mới thuộc 3 xã của huyện (bản Quyết Tâm, Co Tòng thuộc xã Nà Nghịu với 74 hộ, 365 nhân khẩu; bản Bó Sản, Đứa Muội, Bó Quỳnh, Co Phen, Bó Luông Huổi Khoong, Chiềng Coi thuộc xã Chiềng Khoong với 233 hộ, 1.201 nhân khẩu; bản Muôn, Ít, Om, Pho, Coi, Quỳnh Long thuộc xã Mường Hung với 293 hộ, 1.592 nhân khẩu). Có 4 điểm tái định cư xen kẽ với các bản, xã của huyện là: điểm bản Đội 6 và bản Phiêng | Pẻn xã Mường Hung, điểm bản Mo xã Chiềng Khương với 16 hộ, 98 nhân khẩu.
Qua các lần chia tách, điều chỉnh, đến năm 2015 huyện Sông Mã có 19 đơn vị hành chính gồm 18 xã và 1 thị trấn với 466 đơn vị tổ, bản; năm 2017 có 470 đơn vị tổ, bản. Huyện lỵ đóng tại thị trấn Sông Mã. 18 xã gồm: Bó Sinh, Chiềng Cang, Chiềng En, Chiềng Khoong, Chiềng Khương, Chiềng Phung, Chiềng Sơ, Đứa Mòn, Huổi Một, Mường Cai, Mường Hung, Mường Lầm, Mường Sai, Nà Nghịu, Nậm Mằn, Nậm Ty, Pú Bẩu, Yên Hưng.
Tổng diện tích tự nhiên của huyện 163.992 ha. Dọc địa bàn huyện có dòng sông Mã chảy qua. Địa hình khá phức tạp, bị chia cắt mạnh bởi các dãy núi cao chạy theo hướng tây bắc - đông nam xen kẽ với các thung lũng và hệ thống sông, suối. Hệ thống núi dọc biên giới Việt - Lào, có độ cao từ 306 - 1.819 m so với mặt nước biển (thấp nhất là cánh đồng Nà Co Nghe, bản Trại Phong, xã Chiềng Cang và cao nhất là đỉnh núi bản Huổi Hưa, xã Muờng Cai); độ dốc trung bình 25 -30°, núi non trùng điệp. Phần lớn là địa hình cao và dốc gây khó khăn cho việc phát triển kinh tế - xã hội và xây dựng kết cấu hạ tầng.
Nhiệt độ trung bình trong năm là 22,6°C. Thường nắng nóng nhiều từ tháng 4 đến tháng 7; lạnh nhiều từ tháng 12 đến tháng 2 năm sau. Mưa nhiều từ tháng 6 đến tháng 8, lượng mưa trung bình là 1.162,5 mm. Ở huyện Sông Mã có thời tiết đặc trưng như: mùa khô kéo dài từ tháng 10 năm trước đến tháng 3 năm sau, chịu ảnh hưởng của gió tây khô nóng, tuy ít chịu ảnh hưởng của bão nhưng do địa hình phức tạp, các tiểu vùng không khí khác nhau nên một số nơi thường xuất hiện gió lốc, gây thiệt hại cho sản xuất và đời sống. Đồng thời, do địa hình đồi núi dốc nên khi mưa thường bị xói mòn rửa trôi, sạt lở đất, lũ ống, lũ quét. Nguồn nước tự nhiên cho sản xuất và đời sống chủ yếu từ hệ thống Sông Mã, các phụ lưu, suối nhỏ dày đặc trên địa bàn. Độ che phủ của rừng là 45% tổng diện tích tự nhiên.
Sông Mã chảy qua huyện dài hơn 80 km từ xã Bó Sinh đến xã Chiềng Khương, các suối lớn như Nậm Lệ, Chiềng Xôm, Chiềng Cang, Suối Cát, Nậm Sọi, Bản Lè, Bản Púng, Nậm Công, Nậm Ty, Nậm Con, Nậm Mằn. Có khoảng 470 công trình hồ, đập kiên cố, bán kiên cố, đáp ứng đủ nhu cầu tưới tiêu cho khoảng 3.000 ha ruộng/năm, trong đó có 2 đập lớn, đó là đập thủy lợi Nậm Sọi, xã Mường Cai và đập thủy lợi Kéo Bắc, xã Nậm Mằn.
Theo Địa Chí Sơn La xuất bản năm a2020