Xã Phú Cường nằm ở phía tây bắc huyện Đại Từ, có vị trí địa lý:
- Phía đông giáp xã Đức Lương và xã Phú Lạc
- Phía tây giáp xã Na Mao và xã Yên Lãng
- Phía nam giáp xã Phú Thịnh
- Phía bắc giáp xã Minh Tiến.
Xã Phú Cường có diện tích 19,36 km², dân số năm 1999 là 4.643 người, mật độ dân số đạt 240 người/km².
Tỉnh lộ 264 nối hai huyện Đại Từ và Định Hóa chạy qua địa bàn xã. Dòng chính của sông Công chảy qua trung tâm xã theo chiều bắc - nam.