Phú Hòa nằm ở giữa tỉnh Phú Yên, phía Bắc giáp huyện Tuy An, phía Nam giáp huyện Tây Hòa, phía Đông giáp thành phố Tuy Hòa, phía Tây giáp với huyện Sơn Hòa.

Huyện Phú Hòa có tổng diện tích đất tự nhiên là 26390,96 ha, trong đó diện tích đất lâm nghiệp là 10976,40ha, diện tích đất nông nghiệp là 8654,30 ha.

Dân số huyện Phú Hòa theo thống kê năm 2009 là 103.184 người thuộc các dân tộc Kinh, Chăm H’roi, Hoa, Tày. Người Chăm H’roi, Tày sống tập trung khu vực miền núi xã Hòa Hội. Mật độ dân số huyện Phú Hòa là 337 người/km², chủ yếu tập trung các xã đồng bằng, miền núi thì thưa thớt hơn.