Yusufeli İlçesi, Artvin il merkezinin güneydoğusunda konumlanmaktadır. Artvin’e olan uzaklığı yaklaşık 76 km, Erzurum’a ise 139 km mesafededir. Ulaşım, Artvin-Erzurum karayolu üzerinden gerçekleştirilir.
İlçe merkezi, Çoruh Nehri ile Barhal Çayı’nın bir araya geldiği bir vadide yer almaktadır. Doğusunda Erzurum’un Olur ve Oltu ilçeleri, güneyinde Tortum, Uzundere ve İspir ilçeleri, batısında Rize’nin Çamlıhemşin ve Ardeşen ilçeleri, kuzeyinde ise Artvin merkez ve Murgul ilçeleri bulunmaktadır.
Denizden yüksekliği 560 metre olup, yüzölçümü 2327 km²’dir. İlçenin yüzey biçimleri genellikle doğu-batı yönünde uzanan dağlar ve bu dağları ayıran vadiler tarafından oluşturulmaktadır. Yusufeli, coğrafi yapısı gereği oldukça dağlık ve engebeli bir bölgedir. Düz alanlar neredeyse hiç yoktur.
Yusufeli Barajı’nın faaliyete geçmesi sebebiyle ilçe merkezi Eylül 2022’de Yansıtıcılar bölgesinde kazı ve dolguyla oluşturulan 153 hektar alana taşındı. Bu alanda yeni yerleşim alanları kuruldu.
İlçe genelinde Karadeniz iklimi ile karasal iklim arasında bir geçiş iklimi türü hâkimdir; ancak ilçe merkezi ve çevresi ile Çoruh Nehri yakınlarındaki yerlerde yazlar sıcak ve kurak, kışlar ise ılık ve yağışlıdır; Akdeniz iklimini anımsatmaktadır.
Buralarda zeytin, incir, üzüm gibi Akdeniz ikliminin tipik bitkileri bolca bulunmaktadır. Vadilerin yüksek bölümlerinde kara iklimi etkilidir. Yazlar ılımandır, kışlar ise soğuk ve yağışlıdır. Yağmurlar genellikle ilkbahar sonu ve yazın başlangıcında meydana gelir.