İlçemiz Doğu Anadolu Bölgesinin Yukarı Fırat bölümünde yer alır. Malatya İlinin Güney batısında yer alan ilçemiz; doğusunda Çelikhan, batısında Nurhak ve Elbistan, güneyinde Adıyaman, Tut ve Gölbaşı, kuzeyinde Akçadağ, kuzey doğusunda Yeşilyurt ile çevrilidir. Güneydoğu Torosların kollarından Malatya Dağları ilçenin güney ve doğusunu kaplamaktadır. İlçenin batı ve kuzey kesimini Güneydoğu Torosların kollarından Nurhak Dağları (2.600 m.) engebelendirmektedir. İlçenin kuzeydoğu-güneybatı doğrultusunda uzanan bu dağlar engebeli bir arazi yapısı göstermektedir. Sultan Suyu vadisinin iki yanında irili ufaklı ovalar olup, bunların tümüne Doğanşehir Ovası ismi verilir. Bu ovanın da engebeli bir arazi yapısı vardır.

 

İlçe toprakları içerisindeki diğer önemli ova da Sürgü Çayı vadisinin alüvyonlarla dolmasından oluşmuş Sürgü Ovasıdır. I.derece deprem kuşağında olan ilçemiz en son 1986 yılında, 5,6 şiddetinde deprem yaşamıştır. Müteakip zamanlarda ise deprem kuşağı üzerinde bulunan ilçe maddi ve manevi zararlara uğramıştır.

 

Bölgemizde belli başlı topbük çayı, Fındık çayı ve Sakaltutan çayı vardır. Sürgü çayı üzerinde Sürgü barajı, Fındık çayı üzerinde Polat barajı bulunmaktadır. Bu barajlardan Sürgü, Doğanşehir, Polat  ve Akçadağ ovaları sulanmaktadır. Bitki örtüsü genelde meşe olmakla birlikte az miktarda ardıç, çam ve söğüt bulunmaktadır. 

Karasal iklimin hüküm sürdüğü Doğanşehirde yazlar sıcak ve kurak, kışlar soğuk ve kar yağışlı geçer. İlçede en düşük sıcaklık -26 C en yüksek sıcaklık ise +38 C.dir. Metrekareye düşen yağış miktarı 450 kg.dır. İlçenin ekonomisi tarım ve hayvancılığa dayalıdır. Yetiştirilen başlıca tarımsal ürünler, buğday, patates, soğan, tütün, kayısı, elma, çilek, şeker pancarı, fasulye ve üzümdür. Hayvancılıkta büyük ve küçükbaş hayvan besiciliği ve arıcılık yapılmaktadır. Sürgü takaz mevkiinde havuzlarda balıkçılık yapılmaktadır.