Hợp Thịnh nằm ở phía Tây Nam của huyện Hiệp Hòa. Đây là một vùng đất cổ có lịch sử hình thành, phát triển từ lâu đời. Từ thị trấn Thắng theo đường tỉnh 296 (Thắng đi Cầu Vát) hơn 9km là đến khu vực trung tâm của xã. Phía Bắc của xã giáp xã Quang Minh, Đại Thành; phía Tây và Nam giáp dòng sông Cầu, bên kia là Phổ Yên (Thái Nguyên) và Sóc Sơn (Hà Nội); phía Đông giáp xã Mai Trung. Hợp Thịnh có tổng diện tích đất tự nhiên là 940,29ha, trong đó đất nông nghiệp là  612,7ha, đất phi nông nghiệp là  317,33ha, đất chưa sử dụng là 10,26ha.

Xã Hợp Thịnh có khí hậu nhiệt đới gió mùa. Khí hậu nơi đây đa dạng và có sự phân chia các mùa rõ rệt trong năm: Mùa hạ (hè) nắng nóng ẩm ướt; mùa đông lạnh,  khô, ít mưa. Nhiệt độ trung bình là 230C, nhiệt lượng bức xạ mặt trời khá lớn (gần 2.000 giờ nắng trong năm), lượng mưa trung bình từ 1.600 - 1.700mm.