Villersexel est une commune française située dans le département de la Haute-Saône, la région culturelle et historique de Franche-Comté et la région administrative Bourgogne-Franche-Comté. Elle est le siège de la communauté de communes du pays de Villersexel. Son territoire vallonné, dont l'altitude varie de 257 à 318 mètres, fait partie des collines pré-jurassiennes. Il comprend une grande partie de forêt.