Kemaliye, Erzincan'ın Güneybatısında yer almakta olup, 38 derece 30 dakika kuzey paraleli, 39 derece 16 dakika doğu meridyeni üzerindedir.
Kuzeyde İliç, doğuda Çemişgezek (Tunceli), batıda Divriği(Sivas), güneyde Arapgir (Malatya) ve Ağın(Elazığ) İlçeleriyle çevrilmiş olup, yüzölçümü yaklaşık 1168 kilometrekaredir.
İlçe arazisi Kuzeybatı-Güneydoğu yönlerinde ilçeyi ikiye ayırarak akan Karasu(Fırat) Nehrinin Keban Baraj Gölüne kavuştuğu bölgede, Munzur, Palandöken, Çaldağ, Harmancık ve Sarıçiçek Dağları ile çevrilmiş olan engebeli araziden oluşmaktadır. 900 m. rakımda bulunmaktadır.