Caracena está situada a 1086 m sobre el nivel del mar y en las coordenadas 41º 23' 4.04'' Latitud Norte y 3º 5' 24.37'' longitud Oeste en la comarca de Burgo de Osma, con una extensión de 1800 hectáreas y  una distancia de 24 km de El Burgo de Osma y a 85 km  de Soria, desde dónde se accede por la carretera N-122 hasta San Esteban de Gormaz para continuar por la SO-1601(S. Esteban de Gormaz-Caracena).
El paisaje es sobrecogedor, el pueblo está rodeado por uno de los más agrestes parajes de la provincia. Basta con citar el río Caracena o Adante que ha dado lugar al  cañón del mismo nombre y que se prolonga hasta Tarancueña. La villa de Caracena se localiza al suroeste de la provincia de Soria en las estribaciones de la Sierra de la Pela y Picos de Grado, en un macizo calcáreo enmarcado por tres cañones conocidos por el nombre de las Gargantas, de los Pilones, y el de Caracena, en un paisaje de espectacular belleza, en un enclave estratégico que, por su situación entre las plazas fuertes de San Esteban de Gormaz y Atienza, condicionó durante largos años su historia, al ser una de las principales marcas fronterizas entre árabes y cristianos.
Pertenece a la cuenca sur del alto Duero,  río del que dista unos 20 km, teniendo como afluente el río Caracena.

Predomina el terreno pedregoso y montañoso, con carrascas, chaparros y enebros. En contraste, hay al norte una dehesa de pastos y una vega en la que se cultivaban verduras y hortalizas para uso propio. Esta vega está fertilizada por el río Caracena (o Adante) de caudal permanente. Encontrando en su curso  altos chopos, arboledas y arbustos . En el resto del término se cultivan cereales.

Clima de carácter continental, con inviernos largos y fríos y veranos cálidos y  generalmente cortos.  Las notas más significativas son las bajas temperaturas invernales, las fuertes oscilaciones térmicas y un régimen de lluvias moderadas.