Chiomonte sorge a 750 m s.l.m. sulla riva destra della Dora Riparia, a circa 60 chilometri ad ovest da Torino, in alta Val di Susa. Il comune è sovrastato dal massiccio dell’Ambin che raggiunge la sua massima elevazione nella Rocca d’Ambin (3.377 m).
Nel territorio comunale rientrano anche le due frazioni di Ramats, a 1000 metri s.l.m. sul versante sinistro della Dora, e Frais, a 1500 metri, centro sciistico e di villeggiatura estiva.