Sa Pa nằm trên một mặt bằng ở độ cao 1500 đến 1650 mét ở sườn núi Lô Suây Tông. Đỉnh của núi này có thể nhìn thấy ở phía đông nam của Sa Pa, có độ cao 2228 mét. Từ thị trấn nhìn xuống có Thung lũng Ngòi Dumở phía đông và Thung lũng Mường Hoa ở phía tây nam.[2]
Nằm ở phía Tây Bắc của Việt Nam, thị trấn Sa Pa ở độ cao 1.600 mét so với mực nước biển, cách thành phố Lào Cai 33 km và 317 km tính từ Hà Nội. Ngoài con đường chính từ thành phố Lào Cai, để tới Sa Pa còn một tuyến giao thông khác, quốc lộ 4D nối từ xã Bình Lư, Tam Đường, Lai Châu. Mặc dù phần lớn cư dân huyện Sa Pa là những người dân tộc thiểu số, nhưng thị trấn lại tập trung chủ yếu những người Kinh sinh sống bằng nông nghiệp và dịch vụ du lịch.
Tuy nằm ở miền Bắc Việt Nam, lẽ ra phải mang khí hậu nhiệt đới ẩm gió mùa, nhưng do nằm ở địa hình cao và gần chí tuyến nên Sa Pa có khí hậu cận nhiệt đới ẩm, ôn đới, không khí mát mẻ quanh năm. Vào mùa hè, thời tiết ở thị trấn một ngày như là có đủ bốn mùa: buổi sáng là tiết trời mùa xuân, buổi trưa tiết trời như vào hạ, có nắng, không khí dịu mát, buổi chiều mây và sương rơi xuống tạo cảm giác lành lạnh như trời thu và ban đêm là cái rét của mùa đông. Nhiệt độ không khí trung bình năm của Sa Pa là 15 °C. Mùa hè, thị trấn không phải chịu cái nắng gay gắt như vùng đồng bằng ven biển, khoảng 13 °C – 15 °C vào ban đêm và 20 °C – 25 °C vào ban ngày. Mùa đông thường có mây mù bao phủ và lạnh, nhiệt độ có lúc xuống dưới 0 °C và có tuyết rơi. Lượng mưa trung bình hàng năm ở đây khoảng từ 1.800 đến 2.200 mm, tập trung nhiều nhất vào khoảng thời gian từ thang 5 tới tháng 8.
