Deneuille-les-Mines est située à l'est-nord-est de Montluçon, dans le bocage bourbonnais.
Elle est limitrophe de la commune de Néris-les-Bains et est traversée par la rivière le Chapeauroux. La commune est connue pour ses paysages ruraux et son patrimoine historique, notamment son église romane du XIIe siècle.