El municipio se localiza en la parte noroeste del estado, entre los 19º36'11" y los 19º51'22" de latitud norte; entre los 99º31'11" y los 99º45'11" de longitud oeste, a una altura de 2,715 metros sobre el nivel del mar.
Limita al noreste con Chapa de Mota; al noroeste con Timilpan; al este con Villa del Carbón; al sur con Jiquipilco; al suroeste con Jocotitlán y al oeste con Atlacomulco.
Su distancia aproximada a la capital del estado es de 63 km.
El municipio tiene una extensión de 236.32 km2, los cuales representan el 0.99% respecto a la superficie total del estado.
El municipio esta situado en una de las partes más altas de la Mesa Central. Su sistema montañoso se deriva del Cerro de La Bufa, en el sureste de la jurisdicción, donde se localizan los cerros La Piñuela, de 3,360 metros sobre el nivel del mar y El Mirador, de 3,060 mts.
En el norte se encuentra la Sierra de San Bartolo, formada por varios cerros, destacando el de La Virgen, de 3,320 mts; Las Peñas, de 3,250 mts; La Pluma de 3,200 mts. y el Cerro Seco, de 3,260 mts.
El municipio pertenece a dos cuencas la del Río Lerma y la del Río Moctezuma-Pánuco. Corresponde a la cuenca del Río Lerma: el río San Bartolo y varios arroyos, entre ellos: La Capilla, Los Candados, Los Ocotes Chinos, Las Fuentes, La Ceniza, La Garita y La Manzanilla.
Forman parte de la cuenca del Río Moctezuma-Pánuco, los arroyos El Pescado, El Quelite Verde, La piedra y El Acerín. Se cuenta con la presa "El Tigre", sobre el canal Pachorro, con capacidad de 850,000 metros cúbicos. Además existen 12 bordos.
El clima es templado, subhúmedo con lluvias en verano, pero en invierno es semifrío. La temperatura media anual es de 15°C, con una máxima de 37°C y una mínima de 3°C. La pluviosidad anual promedio es de 970 mm. Los vientos dominantes son del norte.
En la parte norte del municipio hay vetas de minerales de plata y oro en pequeños yacimientos, pero no se explotan. Hay también arcillas de buena calidad, bancos de arena y de tepetate.
El pino es el principal producto forestal maderable. En los montes de Santa Clara de Juárez se explota la resina.
La región pertenece al terciario medio; su conformación es de rocas andesíticas, corrientes, brechas y tobas. Los tipos de suelo localizados en el municipio son el feozem en un 44%, el andosol en un 29%, el planosol en un 15% y el luvisol en un 12%.
El 44.44% del territorio municipal es agrícola y se utiliza para la siembra de temporal y de riego; el 4.33% es pecuario; el 40.70% está ocupado por bosques; el 0.59% corresponde a suelo urbano; el 0.05% es área industrial; el 1.48% está erosionado; el 0.43% se destina a cuerpos de agua y el 7.98% tiene otros usos.
La vegetación del municipio es por lo general, la que crece en clima frío. En las partes altas existen pinos, encinos, ailes, madroños y en las zonas planas pastizales. La flora abarca desde árboles frutales, cultivos agrícolas, plantas medicinales y flores, hasta magueyes y zacatón.
La fauna es variada, principalmente en sus bosques existen cacomixtles, coyotes, gatos montés, tlacuaches, zorras, armadillos, tigrillos y ardillas; así como una gran variedad de pájaros como el cardenal y el gorrión; aves de rapiña, serpientes de cascabel, etc.