Xã Phú Thịnh nằm ở cửa ngõ khu vực ATK, cách trung tâm huyện 28 km về phía đông bắc.
- Phía bắc giáp xã Tân Tiến và xã Đạo Viện
- Phía nam giáp xã Thái Bình.
- Phía đông xã Công Đa.
- Phía Tây giáp xã Thái Bình và Phường Nông Tiến (TP Tuyên Quang).
Xã Phú Thịnh nằm ở phía Đông Bắc của huyện Yên Sơn, tỉnh Tuyên Quang, là xã cửa ngõ khu căn cứ địa cách mạng (ATK). Tổng diện tích đất tự nhiên 3.013,62 ha (đất nông nghiệp 226,28 ha, đất lâm nghiệp 2.653,67 ha, đất nuôi trồng thủy sản 16ha, đất phi nông nghiệp 90,75 ha, đất chưa sử dụng 26,92 ha). Toàn xã có 625 hộ, 2.552 nhân khẩu sinh sống trên 6 thôn (trong đó có 01 thôn đặc biệt khó khăn); có 11 dân tộc, trong đó chủ yếu là dân tộc Kinh và dân tộc Dao. Tổng số hộ nghèo toàn xã hiện nay 26 hộ chiếm 4,1%, hộ cận nghèo 38 hộ chiếm 6,08%.