Xã Linh Sơn nằm ở phía đông bắc thành phố Thái Nguyên, có vị trí địa lý:
- Phía đông giáp huyện Đồng Hỷ
- Phía tây giáp phường Đồng Bẩm và phường Túc Duyên
- Phía nam giáp huyện Đồng Hỷ và xã Huống Thượng
- Phía bắc giáp huyện Đồng Hỷ.
Xã Linh Sơn có diện tích 15,50 km², dân số năm 2016 là 9.720 người[2], mật độ dân số đạt 627 người/km².