Karacasu İlçesi, doğusunda bulunan Babadağ ile batısında bulunan Karıncalı Dağı arasında kalan ve yer yer dağlık ve engebeli bir arazi yapısına Karacasu sahip yaklaşık 40 km uzunluğundaki vadide kurulmuştur.

İl Merkezine 90 km mesafede bulunan Karacasu İlçesinin doğusunda Denizli-Babadağ, batısında Aydın-Bozdoğan, kuzeyinde Aydın-Kuyucak, güneyinde ise Denizli-Tavas ve Kale İlçeleri yer almaktadır.

İlçenin en önemli akarsuyu Dedeler Köyünden çıkıp Büyük Menderes Irmağına dökülen Dandalaz Çayı’dır.

İlçenin rakımı 600 metre olup en yüksek noktası Karıncalı Dağı’dır. İlçenin yüzölçümü, 782 km²’dir. İlçenin iklimi, Akdeniz İklimi özelliklerini taşımaktadır. Ancak, rakımın kısmen yüksek olması nedeniyle, Aydın İlinin diğer bölgelerine göre kış mevsimi daha soğuk, yaz mevsimi ise daha serin ve kuraktır.