Santa Catarina se encuentra localizado en la zona sureste del territorio de San Luis Potosí, en la Huasteca y los límites con el estado de Querétaro, sus límites territoriales son al norte con el municipio de Tamasopo y al oeste con el municipio de Lagunillas, al este y al sur liita con Querétaro, siendo los municipios limítrofes son al este Jalpan de Serra y al sur Arroyo Seco; tiene una extensión territorial total de 620.25 kilómetros cuadrados que representan el 1.02% del total de la extensión de San Luis Potosí.