Thị trấn Đình Cả nằm ở trung tâm huyện Võ Nhai, cách thành phố Thái Nguyên 37km (theo Quốc lộ 1B), thuộc khu vực An toàn khu của tỉnh Thái Nguyên. Phía đông và phía bắc giáp xã Phú Thượng, phía tây giáp xã Lâu Thượng và phía nam giáp xã Tràng Xá.
Đình Cả là một trong 4 xã vùng thấp của huyện, có địa hình “tương đối bằng phẳng, được tạo nên bởi những thung lũng chạy dọc theo Quốc lộ 1B, hai bên là hai dãy núi cao có độ dốc lớn, được đan xen nhiều khe, suối rất thuận tiện cho nhân dân đi lại, canh tác và sinh sống”, được bao quanh bởi phần lớn là các núi đá và núi đất cao.
Thị trấn Đình Cả mang đầy đủ các yếu tố khí hậu của miền núi và trung du Bắc Bộ. Nhiệt độ trung bình hằng năm là 22oC, nhiệt độ cao nhất đạt khoảng 39,5oC và thấp nhất khoảng 3oC. Vào mùa lạnh (từ tháng 11 đến tháng 3 năm sau), tiết trời giá rét, nhiều khi có sương muối, ảnh hưởng xấu đến sức khỏe con người và sự phát triển cây trồng, vật nuôi. Thị trấn có lượng mưa trung bình là 2.000mm/năm. Độ ẩm trung bình đạt hơn 80%. Nhìn chung, với khí hậu nhiệt đới và lượng mưa dồi dào đã tạo điều kiện thuận lợi cho địa phương phát triển các loại cây ăn quả (xoài, nhãn, vải…), cây chè.
Nằm dọc theo Quốc lộ 1B - tuyến giao thông huyết mạch nối tỉnh Lạng Sơn với Thái Nguyên, cách ranh giới Lạng Sơn khoảng 10km, thị trấn là đầu mối của các tuyến giao thông tới trung tâm các xã trong huyện.
Thị trấn Đình Cả nằm trên lưu vực sông Rong thuộc lưu vực hệ thống sông Thương. Đồng thời, thị trấn còn là nơi hợp lưu của suối Mỏ Gà chảy từ phía đông, thuộc xã Phú Thượng và một dòng suối khác từ phía tây, thuộc xã Lâu Thượng. Đây là 2 dòng suối đầu nguồn chính của sông Rong, chảy qua các tổ dân phố Làng Lường, Số 1, Thái Long, Số 2 với chiều dài 8,87 km, sau đó chảy qua các xã phía Nam của huyện, rồi sang địa phận tỉnh Bắc Giang và đổ về sông Thương. Đây là nguồn nước phục vụ cho sản xuất và sinh hoạt của nhân dân thị trấn. Ngoài ra, trên địa bàn thị trấn còn các suối, hồ nhỏ, vừa tạo cảnh quan cho thị trấn vừa để nhân dân tận dụng nuôi trồng thủy sản.
Với vị trí địa lý và điều kiện tự nhiên như trên, thị trấn Đình Cả đã và đang khai thác tiềm năng, lợi thế, khắc phục khó khăn để phát triển kinh tế - xã hội, xây dựng thị trấn Đình Cả giàu đẹp, văn minh.