Byen Frauenstein ligger i Osterzgebirge i naturparken Erzgebirge/Vogtland, 20 km sørøst for Freiberg og 30 km sørvest for Dresden. Den grenser i øst til Hartmannsdorf-Reichenau og Hermsdorf, i sør til Rechenberg-Bienenmühle, i vest til Dorfchemnitz, Mulda og Lichtenberg og i nord til Bobritzsch.