莱芜市牛泉镇在莱芜市域西南部，在为。牛泉镇镇域以北、以东、以东北三个方向分别邻接方下镇、高庄以及莱城区城区，镇域以西、以南方向与泰安市市域相接。莱芜市市域内最大水系——牟汶河从镇域南侧经过。