La Valle Onsernone è un'impervia valle fluviale: la parte bassa è situata nel Canton Ticino , nel locarnese (Svizzera ) mentre la parte alta fa parte del Piemonte (Italia). La porzione italiana viene anche chiamata Valle dei Bagni.

Dal punto di vista orografico la valle si colloca nelle Alpi Ticinesi e del Verbano (sottosezione delle Alpi Lepontine ). La valle è solcata dal torrente Isorno e si biforca nella sua parte più alta.

I monti principali che contornano la valle sono:

Tutta la parte svizzera della Valle Onsernone fa parte del comune di Onsernone. Dieci sono le principali località.