Commune angevine implantée sur la rive nord de la Loire, Saint-Mathurin-sur-Loire est située entre La Bohalle et La Ménitré, dans le Val de Loire, à 20 km à l'est d'Angers, sur l'axe Angers - Saumur. Elle fait partie du parc naturel régional Loire-Anjou-Touraine. Elle comprend le lit mineur de la Loire, où s'écoule le fleuve, et le lit majeur, où l'on trouve le village et des exploitations agricoles. La Loire est la limite naturelle de la commune au Sud, avec possibilité de la traverser grâce à un pont (RD 55) permettant de rejoindre la commune limitrophe de Saint-Rémy-la-Varenne.