Saint-Romain-d’Ay liegt am Fluss Ay, etwa 37 Kilometer südsüdöstlich von Saint-Étienne. Umgeben wird Saint-Romain-d’Ay von den Nachbargemeinden Saint-Alban-d’Ay im Nordwesten und Norden, Quintenas im Norden und Nordosten, Eclassan im Osten und Südosten, Saint-Jeure-d’Ay im Südosten, Préaux im Süden sowie Satillieu im Südwesten und Westen.