柳林县位于山西省中部西缘，吕梁山麓，黄河东岸，东与离石区、中阳县交界，南临石楼，北毗临县，西临大河与陕西省吴堡、绥德、清涧县为邻。以县城柳林镇为中心，正东至龙门垣乡贺家岭村东与中阳县接界处１７．８５公里，正南至张家圪台乡君君山村南与石楼县接界处３１．７５公里，正西至石西乡后河底村西黄河东岸２４．４公里，南北长５４．７５公里，介于东经１１０°３９′４５″～１１０°０５′３３″、北纬３７°０８′５３″～３７°３７′２８″之间。总面积１２８７．２９平方从公里。

　　县城扼晋陕通衢，为山西西大门。东沿国道307线至吕梁市驻地离石28公里，至省会太原219公里，至首都北京761公里，至海港天津763公里，至塘沽824公里。西沿307国道过黄河军渡钢桁桥达陕西省吴堡县城宋家川24公里，至陕北重镇绥德87公里，至榆林市201公里，至革命圣地延安市291公里，至陕西省会西安市659公里，至内蒙首府呼和浩特市735公里。南沿离林柳石扶贫攻坚路至石楼县城76公里，北经离林柳石扶贫攻坚路转忻碛路至林县县城97公里。孝柳铁路穿越县境，通过县城，从县城柳林镇至孝西站110公里，距终点站穆村镇6公里。