Cartoceto sorge su di un colle, a circa 235 metri sul livello del mare, chiuso da colline che lo lasciano spaziare solamente verso est, ossia verso il Mar Adriatico. Il paese vive immerso fra gli uliveti ed i campi coltivati che costeggiano la sponda settentrionale della pianura alluvionale del fiume Metauro, lungo la strada che collega la Via Flaminia con il limitrofo comune di Mombaroccio.
La superficie complessiva del territorio comunale è di 23,17 km2 e confina con le giurisdizioni di Fano, Mombaroccio, Serrungarina, Saltara e Montemaggiore al Metauro. Gli abitanti residenti al 30 settembre 2011 erano 8.001, ripartiti fra i nuclei abitativi di Lucrezia, Cartoceto, Case di Campo Cerello, Ripalta, Molinaccio, Sant’Anna e Salomone, nonché tra le numerose abitazioni sparse per il contado, che testimoniano la diffusione nel territorio della conduzione mezzadrile, tipica nelle Marche fino a pochi decenni fa.
Si tratta di un centro di sprone facilmente difendibile, sviluppatosi soprattutto in epoca tardo-medievale proprio in virtù della sua posizione, unita alla fertilità del suolo e alle favorevoli condizioni climatiche. Dal punto di vista geologico il territorio, costituito prevalentemente da arenarie poco cementate con frequenti intercalazioni argillose, risale al periodo Neogene, in particolare all’epoca miocenica; ad est del paese, lungo il Rio Secco e fino al borgo di Lucrezia, prevalgono invece le più recenti argille marnose, risalenti al Pliocene.
L’aspetto idrografico del territorio è caratterizzato da povertà d’acqua (più accentuata nella zona di campagna rispetto al fondovalle), per secoli causa di disagio per i coloni. A valle l’area è attraversata – per un breve tratto – dal fiume Metauro dove, nei pressi di Lucrezia, confluisce il torrente del Rio Secco, i cui due rami nascono dal Monte della Mattera (m. 479) e dal Monte Altiero (m. 394). Non deve quindi trarre in inganno la presenza, tra Molinaccio e Valgenga, del toponimo Sorgente del Trebbio.
La posizione collinare, la natura dei terreni e la vicinanza del mare (distante circa 14 km) hanno creato le premesse per la notorietà di Cartoceto nella produzione di olio pregiato. I principali prodotti del territorio sono quindi l’olio d’oliva (l’unico riconosciuto col marchio DOP nella Regione Marche) ma anche il vino, i cereali ed i formaggi, nonché frutta e barbabietola da zucchero. Molto sviluppato è l’impianto razionale di vigneti DOC (Bianchello del Metauro e Sangiovese). Molto praticato in passato, ma in fortissima diminuzione negli ultimi decenni, risulta invece l’allevamento di bovini e suini. Per la lavorazione dei prodotti agricoli sono in funzione nel territorio diversi frantoi oleari, aziende enologie e consorzi agricoli.
Negli ultimi sessant’anni lo sviluppo demografico ed economico di Cartoceto è stato minore rispetto a quello di Lucrezia, poiché il tumultuoso esodo del secondo dopoguerra ha privilegiato i centri del fondovalle, di più facile accesso per le comunicazioni e più adatti allo sviluppo artigianale ed industriale. Pertanto ai giorni nostri, pur rimanendo un paese dalla tradizione prettamente agricola, la popolazione di Cartoceto risulta impiegata anche nell’industria, nell’edilizia e nel commercio. Ad oggi solo una piccola parte prosegue come attività principale l’agricoltura; nonostante ciò, il territorio coltivabile del Comune risula totalmente sfruttato, essendo per molti l’agricoltura un’attività extralavorativa.