毛甸子鎮位于寬甸西南部，東與永甸鎮為鄰，南與楊木川鎮接壤，西與鳳城市交界，北與青椅山鎮毗鄰。鎮政府駐地毛甸子村，距寬甸縣城23公里，距丹東市區70公里。全鎮下轄10村，110個村民小組。人口15535余人，有滿、漢、朝鮮、蒙古、回、錫伯等六個民族。少數民族占總人口71%。201國道(鶴大線)從鎮政府所在地穿越，主干鄉路永邊線東接永甸鎮，西連鳳城市石城子鎮。丹通高速公路在毛甸子鎮政府所在地有出口。
毛甸子鎮西有高峰鍋頭裕，海拔1016.6米，山勢在毛甸子境內由西北向東南延伸，其支脈構成全鎮丘陵地貌，毛甸子河與二道溝河自西北向東南貫穿全境，砬子溝山至雙嶺子將兩河分開。全鎮山嶺多以隴崗和圓丘俯臥交錯，平均地勢海拔在200米至500米之間，甸原谷地以毛甸子最大，肖家堡、寶石、寺院溝、黑老婆石等為平坦的河灘谷地。蒲石河從鎮東界流過，毛甸子鎮境內河流均注入此河。全鎮總面積319.8平方公里，有耕地4萬余畝，有林地面積40 萬畝。
毛甸子鎮地處中緯度歐亞大陸東岸濕潤氣候帶東亞季風區，具有雨量充沛，暴雨頻繁，四季分明，冬季漫長，冬有嚴寒，夏無酷暑，南北高低氣候差異大，立體氣候帶明顯等特點。年平均氣溫11.3℃，歷年極端最高氣溫34.7℃，極端最低氣溫-38.5℃。全鎮位于東北暴雨中心地帶，年降水量平均在1000-1200毫米之間，最多年份降水1815毫米，最少年份降水659.6毫米，日降水量達到中雨以上的天數年均46天，每年的6-8月降水量占全年總量的三分之二，最大積雪深達41厘米，最大凍土深度1.1米。全年太陽總輻射量為127.7千卡每平方厘米，年平均日照2470.3小時，農作物生長季為1318小時，平均無霜期129天。年平均風速1.6米每秒，空氣常年保持濕潤，平均相對濕度70%。