La commune de Moustiers-Sainte-Marie s'étend aux portes du Parc naturel régional des gorges du Verdon, dont elle est membre, à l'extrémité sud du département des Alpes-de-Haute-Provence. Son territoire de 9 000 hectares s'étend entre la montagne du Montdenier qui culmine à 1 750 mètres d'altitude à l'est, le plateau de Valensole de 700 à 800 mètres d'altitude à l'ouest, le lac de Sainte-Croix à 500 mètres d'altitude au sud et le ravin de Balène au nord. Le village lui-même est perché à environ 600 mètres au-dessus du niveau de la mer au pied de falaises calcaires entre les ravins du Riou et de Notre-Dame.