Castelnuovo di Garfagnana sorge in una conca collinare a 270 metri sul livello del mare, incastonato tra i contrafforti appenninici. Il territorio, segnato dal Monte Alfonso (453 m) e dalla Croce dei Prunacci (889 m), offre una varietà di sentieri che si inerpicano verso la sorgente Acqua Bona e la grotta Buca Beppe Minarini. Con una superficie di 28,5 km² e una densità di 197 abitanti per km², il paese è il polo urbano della valle, distante 30 km dalla costa tirrenica.
Il reddito medio annuo è di 24.619 euro, mentre il prezzo medio al metro quadro degli immobili si attesta a 967 euro.
Il clima è temperato fresco, con una temperatura media di 10,9 °C e precipitazioni annue di 1.146 mm. Il suolo consumato si ferma al 9,9%. Il patrimonio culturale conta 25 monumenti e un museo, mentre nei dintorni spiccano i borghi di Castiglione di Garfagnana e Barga, entrambi riconosciuti tra i Borghi più belli d'Italia. L'indice di vecchiaia elevato (268) e il saldo naturale negativo (-49) segnalano una popolazione matura, ma il centro mantiene una vivace identità comunitaria.