天桂山位于河北省平山县西南部北冶乡境内，处于太行山中段深山，地理坐标为东经113°38′至113°51′，北纬38°9′至38°17′。东距省会石家庄市80公里，北距革命圣地西柏坡35公里，距离华北著名的温泉度假区30公里。风景区范围东自险溢河谷，西至北冶乡界，北起赵家沟－－柏树庄－－北冶车行路，西南止于省（县、乡）界，南与山西盂县相邻，总面积132．5平方公里。

天桂山的西面与山西的盂县接壤，南面是著名的沕沕水生态旅游区，北面与平山县境内的第一高峰驼梁遥相呼应，其东面就是美丽富饶的华北平原，登上望海峰，可以遥望岗南水库和黄壁庄水库就象两颗明珠一样镶嵌在华北大地上。