Koyulhisar ilçesi İç Anadolu bölgesinin kuzeydoğusunda, batıdan doğuya doğru uzanan Kelkit Vadisi üzerinde Iğdır Dağı eteklerinde kurulu Sivas iline bağlı bir ilçedir. Doğusunda Suşehri, batısında Reşadiye, güneyinde Zara-Doğanşar, kuzeyinde Mesudiye, kuzeydoğusunda Şebinkarahisar ilçeleri bulunmaktadır. İlçe merkezi Sivas iline 180 km. uzaklıkta, ortalama yükseltisi 850 m. olup yüzölçümü 946 km2’dir. 2000 yılı nüfus sayımına göre ilçemizin 5706 merkez, 19228 köy nüfusu olmak üzere toplam nüfusu 24934’tür.

İlçemiz, vadi içerisinde kurulmuş, kuzeyden ve güneyden 1500 metreden fazla yükseltisi olan sıradağlarla çevrilidir. Bu dağlar duvar görünümünde, geçit vermeyen kıvrımlar şeklindedir.

İlçenin iklimi; Karadeniz Bölgesinin ılıman ve İç Anadolu Bölgesinin karasal iklimi arasında geçiş özelliği göstermektedir. Karadeniz ikliminin karakteristiğini daha fazla taşımakta olup bunu çam, köknar, gürgen ve meşeliklerle kaplı orman örtüsü özellikleri yansıtmaktadır.