Nghi Sơn là xã bán đảo ven biển cách trung tâm thị xã Nghi Sơn 25 km về phía Đông Nam. Phía Bắc,  phía Đông đều giáp biển Đông, phía Tây và phía Nam giáp phường Hải Thượng và xã Hải Hà.

Về địa hình, nơi đây được tạo thành bởi 2 ngọn núi chính: Ngọc Sơn ở phía Bắc và Nghi Sơn ở phía Nam. Phía Đông Bắc gọi là khu bãi Đông, địa hình bằng phẳng với những bãi cát dài, bãi tắm đẹp, được quy hoạch thành khu dịch vụ du lịch với những khu resort, nghỉ dưỡng cao cấp. Vùng biển nơi đây có nhiều thuận lợi trong khai thác cảng biển và phát triển du lịch biển, là nơi cập bến của các phương tiện vận tải tiếp tế cho đảo Mê trong kháng chiến chống Mỹ. Cảng nước sâu Nghi Sơn hiện nay đã được phê duyệt quy hoạch chi tiết giai đoạn đến năm 2020, định hướng đến năm 2030 là Cảng tổng hợp quốc gia đầu mối khu vực loại 1 đáp ứng nhu cầu xuất khẩu hàng hóa phục vụ Khu kinh tế Nghi Sơn và các vùng lân cận.

Xã có tuyến đường trục nối với tỉnh lộ 513 và nối đến khu cảng PTSC theo chiều Bắc - Nam dài 5km; có vùng biển với diện tích khoảng 1km². Đây là nơi trú ngụ của hàng trăm tàu thuyền sau những chuyến ra khơi đánh bắt hải sản.

Tổng diện tích đất tự nhiên của xã là 327,18 ha, trong đó đất thổ cư 21,45ha, còn lại là đồi núi trồng cây lâm nghiệp.

Hiện nay, toàn xã có 9.528 nhân khẩu, với 2.656 hộ, hơn 34 dòng họ lớn nhỏ, có một Xứ giáo với 2.382 nhân khẩu chiếm khoảng 25% dân số toàn xã. Tất cả luôn luôn đoàn kết, gắn bó và giúp nhau phát triển.