Cartoceto sorge su una collina in riva sinistra del Metauro a 235 m sul livello del mare. Pur se decentrato rispetto alle vie di grande traffico, dista appena 15 km da Fano.

Il suo territorio ha una superficie di 23 kmq ed è in gran parte collinare con quote da 150 a 350 m, comprendendo la maggior parte del bacino del Rio Secco, mentre è pianeggiante nella porzione di pianura alluvionale da Lucrezia alla riva del Metauro.

E' diviso in tre parrocchie: Cartoceto, Ripalta e Lucrezia, quest'ultima sorta nel 1910 e posta lungo la via Flaminia.
Soprattutto a Lucrezia vi è stato negli ultimi anni un grande sviluppo nei settori dell'artigianato, dell'industria e del commercio, con la creazione di una cospicua zona industriale a ridosso della Superstrada E78 Grosseto-Fano (variante della Flaminia).

E' rimasta comunque integra l'antica tradizione agricola del Comune: "questa terra di Cartoceto, pregiandosi di un sottilissimo aere, di sì fertile et ameno sito, tiene una campagna la più delitiosa che habbia il contado di Fano".

Cartoceto possiede, inoltre, un cospicuo patrimonio artistico e storico, che va dal Palazzo del Popolo edificato alla fine del XIV secolo, alle numerose chiese e cappelle e ad opere pittoriche di eccellenti artisti.

Il Comune nel 2023 conta 7.926 abitanti (nel 2010 erano 7.996).