长畛乡位于神池县西北角。地势东高西低，东靠八角镇、贺职乡，北依烈堡乡，西接偏关县，南临五寨县，距离本县城和偏关县县城东西分别为40公里，距八角镇和五寨县的三岔镇为8公里和20公里。

长畛乡以大沟流域为线，形成的谷地，地形平整，平均海拔约1056米，海拔最低处，铺儿坪村西大沟河床875米，也是全县海拔最低的地方。土质以风积黄土为主，其结构比较疏散，渗透性强。年降水量461.8毫米，年平均日照11.5小时，平均气温4.7℃，无霜期平均120—140天。无霜期之长，气温之高是全县之最。
南山山脉是乡内最完整的山脉，呈东西走向，长10公里，主峰自东向西有老烟洞山、阎王鼻山，平顶山、横洞山、岭角山，最高峰老烟洞山海拔1488米，也是本乡的最高峰。南麓分布木槐固、后庄窝、前庄窝三个自然村。白阎山山脉和灵山寺山脉与基本上成东西走向，在本乡内面积26平方公里，主峰有双台烟山、灵山寺、大石山、白阎庙山、九里十盘山。北麓分布着前草庵、后草庵两个村，灵山寺曾建有寺，故此而得名。
乡内所有河流都是季节河，绝大部分时期干枯无水。