Ocoa se encuentra ubicada geográficamente en el centro de Chile continental, en el Valle del Aconcagua, entre la Cordillera de los Andes y la Cordillera de la Costa. Tiene una altitud aproximada de 241 metros sobre el nivel del mar. Su clima es mediterráneo, lo que favorece la producción de flores, frutas y hortalizas.

En su territorio y en el de la vecina comuna de Olmué, se encuentra el Parque Nacional La Campana, Reserva Mundial de la Biósfera desde 1985, famoso por contar con los últimos bosques de Palma Chilena y por el Cerro La Campana, que le da su nombre, cuya cumbre fue alcanzada en 1834 por el célebre naturalista inglés Charles Darwin.