Xã Thái Sơn nằm ở phía đông nam huyện Bảo Lâm, có vị trí địa lý:
- Phía đông giáp huyện Bảo Lạc
- Phía tây giáp xã Thái Học và xã Yên Thổ
- Phía nam giáp xã Yên Thổ
- Phía bắc giáp xã Mông Ân và xã Vĩnh Phong.
Xã Thái Sơn có diện tích 47,27 km², dân số năm 2019 là 3.027 người[2], mật độ dân số đạt 64 người/km².