Nella sua parte settentrionale il Comune confina con i territori di Poppi, di Verghereto e di Bagno di Romagna e la sua principale unità morfologica è costituita dalla Vallesanta, una vallata percorsa dal Fosso di Corezzo e dall'alto corso del torrente Corsalone, delimitata ad oriente dall'Alpe di Serra (Punta dell'Alpuccia m.1271, Montalto m. 1291), spartiacque appenninico tra Toscana e Romagna e, dopo il Poggio Tre Vescovi, dalla dorsale che separa il Casentino dalla Valtiberina.
La Vallesanta assume un aspetto tanto più dolce e boscoso quanto più ci si avvicina al territorio della foresta di Badia Prataglia, dove il confine comunale è marcato dal corso del torrente Archiano, mentre percorrendo il cammino inverso, che conduce al Monte Penna e alla Verna, il paesaggio diviene più scabro, le foreste si diradano a causa del disboscamento e del dilavamento e appaiono persino, in prossimità di Montefatucchio, calanchi marnosi che accentuano l'asprezza del territorio e ne sottolineano il grave dissesto idrogeologico. Ad occidente la Vallesanta è separata dal resto del Casentino da un sistema montuoso costituito dal Poggio della Cesta (m.1110), dal Poggio Baralla (m. 1205) e dal Poggio della Forca (m.952).
Il “cuore” del territorio comunale è costituito dal Monte Penna, con il Convento della Verna, e dal capoluogo Chiusi. Il “crudo sasso” domina con la sua mole tutto il Casentino ed ha rappresentato un po' il simbolo della vallata attraverso le incisioni, gli affreschi ed i dipinti a noi pervenuti attraverso i secoli. Il monte è composto principalmente da uno scoglio di Arenaria Macigno, la formazione geologica di origine marina che costituisce l'ossatura della regione, ed è circondato da una foresta monumentale di rara bellezza, tutelata sin dai tempi di San Francesco e rappresentante, con la sua consociazione Faggio-Abete, l'unico esempio esistente di foresta primaria appenninica. Il Monte Penna è collegato al crinale di confine tra Casentino e Valtiberina attraverso due monti dalla forma rotondeggiane, il Monte Calvano (m. 1254) e il Monte Faggiolo (m. 1207).
Ad Est del capoluogo il confine comunale con la Valtiberina è segnato dal corso iniziale del torrente Singerna che, nato dal Monte Faggiolo, andrà poi a riversarsi nel fiume Tevere presso il lago di Montedoglio. Dalla sua parte settentrionale il territorio comunale si espande fino all'Arno attraverso due vallate, quella del Corsalone, che termina presso l'omonima frazione e quella del Rassina, che giunge a quest'ultimo paese passando da Chitignano. A caratterizzare l'assetto morfologico della fascia meridionale del territorio comunale è il tratto iniziale dell'Alpe di Catenaia, con i 1228 metri del monte Foresto. Il torrente Rassina divide l'Alpe di Catenaia dai poggi Stabarsici e dal Pian d'Oci, al di là dei quali scorre il torrente Corsalone, attraverso una stupenda gola circondata dai boschi ed alimentato da numerosi affluenti. La vallata di uno di tali affluenti, il Lappola, è dominata dal borgo di Sarna, punto di passaggio, con i suoi 600 metri di altitudine, dai boschi e dai pascoli delle zone più alte alla natura antropizzata e coltivata del piano dove sorge, allo sbocco del Corsalone in Arno, l'omonimo centro industriale, ormai più popolato dello stesso capoluogo. La collina sulla destra della strada per Sarna è stata per decenni interessata da un'intensa attività estrattiva di marna da cemento.Una estrema propaggine del territorio comunale si spinge poi a sud oltre il torrente Rassina, stringendo per tre quarti il suo abbraccio attorno al comune di Chitignano e giungendo fino al Comune di Subbiano.
I principali torrenti del territorio di Chiusi, il Corsalone, il Rassina, l'Archiano ed il Singerna, sono un paradiso per i pescatori di trote. I salmonidi che vi si catturano, principalmente appartenenti alla specie fario, non raggiungono quasi mai grandi dimensioni a causa del difficile ambiente in cui vivono, ma sono assai apprezzati per la splendida livrea e la delicatezza delle carni.
Il territorio di Chiusi è servito da una maglia di strade che lo collegano ad Arezzo ed al resto del Casentino da una parte, alla Valtiberina dall'altra. Chi proviene dall'Autostrada del Sole (A1) dovrà uscire al casello di Arezzo e dirigersi in Casentino attraverso la SS. 71 Umbro-Casentinese. All'altezza di Rassina la Provinciale 60 si diparte dalla Statale e conduce al capoluogo comunale passando da Chitignano e dalle località di Fontanelle e Villa Minerva. Questa provinciale costeggia il corso del torrente Rassina. Un'altra strada che conduce a Chiusi dal fondovalle casentinese è poi quella che si diparte dalla SS.71 all'altezza di Bibbiena e prende il nome di Strada della Verna (SS.208). Essa si dirige verso Banzena poi piega in direzione del Capoluogo, passando da Dama, da Casenuove e dalla Beccia. Dal Capoluogo una diramazione della 208 conduce al Santuario della Verna, raggiungibile anche attraverso due strade pedonali che partono rispettivamente dalla Beccia e da Chiusi, mentre il tracciato principale si dirige a Pieve S. Stefano passando per Compito e per Montalone, quest'ultima località già in territorio valtiberino, raggiungendo la Superstrada E45 che collega l'Umbria alla costa adriatica.
Dal bivio di Banzena si diparte un'altra Provinciale, la 62, che segue il corso del torrente Corsalone fino a Rimbocchi, percorre poi la Vallesanta toccando i paesi di Montefatucchio e Giampereta e arriva infine a reimmettersi nella 208 all'altezza della Beccia. La 63, Provinciale della Val di Corezzo, si diparte invece da Rimbocchi raggiungendo Val di Meta e Badia Prataglia passando dal paese che le dà il nome. La strada Provinciale 54 porta in Valtiberina, a Caprese Michelangelo, da cui il viaggiatore può raggiungere Pieve S. Stefano, Sansepolcro ed Anghiari. Un ultimo percorso viario parte dal Corsalone e conduce a Sarna, si dirige poi a sud toccando la Croce di Sarna e Rosina, nel comune di Chitignano, andando infine ad immettersi nella S.P. 60 all'altezza de La Fatica. Una miriade di strade secondarie, per gran parte sterrate, conducono infine a borghi e casolari sparsi sulle colline e montagne che contornano le valli principali del Comune.
