Maden ilçesi, Doğu Anadolu Bölgesinde, Güneydoğu Torosların eteğinde, Yukarı Fırat bölümünde, Dicle nehri kenarına kurulmuştur.

Konum olarak, 39. ve 40. boylam, 38. ve 39. enlem arasında yer alır. İlçenin topraklarını doğuda Alacakaya, güneyde Ergani, Çermik ve Çüngüş, batıda Sivrice, kuzeyde Elazığ Merkez ve Palu ilçesi ile çevrilidir. Maden ilçesinin büyük bir kısmı dağlık ve engebelidir. İlçe merkezi rakımı 1054 m´dir. Yüzölçümü 939 km²´dir. İlçenin bulunduğu bölüm vadidir. Bu vadi Hazar Gölünün biraz aşağısından başlar ve Ergani ilçesine kadar devam eder.

Elazığ ve Diyarbakır kara ve demir yolları ilçeden geçer. Hazar Gölünün doğusunda bulunan ovaya (Gezin Ovası) denir. Burası ağırlıkla çıplaktır. Ova genelinde Bahçeler ve sebzelikler ayrı bir hava vermektedir. Maden dağlarının yer, yer ulaştığı en son nokta; Mihrap Dağı 1775 m, Haşto(Goroz) Dağı 2069 m, Sındığık Dağı 1600 m, dir. İlçenin genişce ovalarından en verimlisi ise Dicle Vadisinin baş taraflarındaki 20 km uzunluğundaki bermaz ovasıdır.

Dicle Nehri´nin ana toprağıdır Maden. Dicle Nehri´nin kaynağı Hazar Gölü ve Maden Çayı´dır. İlçeye eski yıllara nazaran pek fazla kar yağmaz. Karasal iklim etkisindedir. Yağışlar ilkbahar aylarında yoğunlaşır.