Nằm ở độ cao trung bình từ 900 – 1.000m so với mực nước biển, xung quanh được bao bọc bởi những dẫy núi cao và hệ thống các rãnh khe suối, phổ biến ở các khu vực như Bản Giáng, Bản Bôm Nam, Bản Nam Niệu, Bản Phiêng Nghè..Địa hình đồi núi trung bình có độ cao từ 600 – 700m so với mực nước biển, tập trung gần khu vực đường giao thông (quốc lộ 6) như bản Phiêng Tam và khu vực nằm ven theo đường trục chính, từ quốc lộ 6 vào trung tâm xã như bản Quỳnh Phố, bản Nong Lọ, Khu Nong Lạnh (Bản Tam)…

Tổng diện tích tự nhiên của xã Chiềng Đen là 6.829ha. Trong đó, diện tích đất nông nghiệp là 2.223ha (chiếm 32,55% tổng diện tích); đất lâm nghiệp 3.690,63 ha (54% diện tích), còn lại là núi đá và đất khác (chiếm 13,45%). Toàn xã có 1.306 hộ với 5.829 nhân khẩu và có 7 dân tộc anh em cùng sinh sống gồm: Thái (chiếm 98,3%), Kinh (chiếm 0,34%), Hmông (chiếm 0,017%), Mường (chiếm 0,34%), La Ha (chiếm 0,17%), Kháng (chiếm 0,17%), Lào (chiếm 0,034%), Tày (chiếm 0,17%).

Khí hậu ở Chiềng Đen mang đặc trưng của vùng nhiệt đới, chia làm 2 mùa rõ rệt: mùa mưa từ tháng 4 đến tháng 9, tập trung vào các tháng 6,7,8 chiếm tới 80% lượng mưa cả năm; mùa khô từ tháng 10 năm trước đến tháng 3 năm sau. Nhiệt độ trung bình năm 21,5^oC; tháng 12 và tháng 01 có nhiệt độ thấp nhất, nhiều thời điểm xuất hiện sương muối. Lượng mưa bình quân 1.444 mm/năm, độ ẩm trung bình khoảng 80%.

Do địa hình phức tạp, xã không có sông, suối, nguồn nước chỉ là các khe, rạch và rãnh suối nhỏ chảy từ các khe núi chảy xuống đồng ruộng. Nguồn nước mặt được lưu giữ bởi hệ thống các ao, hồ trên địa bàn. Đây là khó khăn lớn trong việc cung cấp nước vào mùa khô phục vụ cho sản xuất nông nghiệp và sinh hoạt của địa phương./.