Wolfhagen liegt in Nordhessen im äußersten Westen des Naturparks Habichtswald östlich des Langen Walds. Östlich der Stadt befindet sich der Ofenberg (372,5 m ü. NN; mit Ofenberg-Turm), jenseits davon ragt der Isthaberg (523 m) empor.
Die Stadt befindet sich am Mühlenwasser, einem kleinen, linken bzw. westlichen Zufluss der Erpe, welche die Stadt im Nordosten passiert. In das Mühlenwasser münden in bzw. bei Wolfhagen Duse- und Liemeckebach.
Wolfhagen grenzt im Nordwesten an die Stadt Volkmarsen (Landkreis Waldeck-Frankenberg), im Norden an die Gemeinde Breuna, im Osten an die Stadt Zierenberg und die Gemeinde Habichtswald, im Südosten an die Gemeinde Schauenburg, im Süden an die Gemeinde Bad Emstal und die Stadt Naumburg (alle im Landkreis Kassel), sowie im Südwesten an die Stadt Waldeck und im Westen an die Stadt Bad Arolsen (beide im Landkreis Waldeck-Frankenberg).