剣淵町は、北海道の中央部上川支庁管内の中央よりやや北に位置しており、南はパンケペオッペ川および６線川で和寒町と、東西は南北に縦走する小山脈、北は犬牛別川で士別市と境をなしています。
名寄盆地に属し、中央部を天塩川の支流剣淵川が流れ、その流域は農業に適した平地であり、東と西の両側は丘陵地帯となっています。
町内北部の犬牛別付近からは、しじみやはまぐりの化石が発見され、古代には湖であったことが推測されます。