El término municipal de Castielfabib está situado en el extremo noroeste de la comarca del Rincón de Ademuz. La superficie municipal es montañosa, comprendiendo alturas de entre los 800m y 1550m.
Las alturas más importantes de Castielfabib son: Muela del Arroyo (1338m), Peña de Águila (1112m), Peral (1481m) y los vértices geodésicos de tercer orden del El Cabezo (1442m), Macarrón (1222m), Umbría de la Muela (1068m) y la Cruz de los Tres Reinos (1552m), llamada así porque en su cima confluyen los antiguos reinos de Aragón, Castilla y Valencia.
El río Turia penetra en el término por el norte, sirviendo de límite con Teruel; le afluye por el este la rambla de Riodeva, que limita con Torrebaja. El río Ebrón atraviesa el territorio de noroeste a sureste, afluyendo también al Turia; la rambla de la Palomareja corre por el norte y recibe el barranco de la Canaleja. El clima es continental; los vientos dominantes son el cierzo y el este.
