Çelikhan ilçesi, doğuda Sincik ilçesi, batısında Malatya’nın Doğanşehir ilçesi, Güneyin de Adıyaman ili, Kuzeyin de Malatya ili Yeşilyurt ilçesi ile çevrilidir. İlçeye bağlı 1 kasaba ile 18 köy bulunmaktadır. İlçe ve Köylerin yerleşim yerleri genellikle dağlık ve engebelidir.

Çelikhan İlçesi Adıyaman’a 52, Malatya’ya 95 km dir. Yapımı devam eden Adıyaman-Yeşilyurt - Malatya yolu tamamlandığı taktirde Çelikhan Malatya arası 50km’ ye inecektir.

Malatya-Adıyaman arasında bulunan Güneydoğu Torosların devamı olan yüksek dağların arasın da kurulmuş bir ilçedir. Rakımı , ilçe merkezi 1388 m dir. İlçenin yapısı dağlık ve engebelidir. 

İlçede karasal iklim hüküm sürmektedir. Kışları kar yağışlı ve soğuk yazları ise sıcak ve kuraktır. Ancak rakım yüksek olduğundan yaz aylarında Adıyaman il ve ilçelerine nazaran oldukça serindir. ilçenin yüksek dağı Akdağ olup rakımı 2507 m yüksekliktedir. En önemli akarsuları Bulam ve Abdulharap çayıdır. Abdulharap çayı üzerin de Çat barajı kurulmuştur.