Saint-Hilaire-sous-Charlieu liegt etwa zwölf Kilometer nordöstlich von Roanne am Forez. Umgeben wird Saint-Hilaire-sous-Charlieu von den Nachbargemeinden Chandon im Norden und Nordosten, Villers im Osten, Jarnosse im Osten und Südosten, Boyer im Südosten, Nandax im Süden sowie Pouilly-sous-Charlieu im Westen und Nordwesten.