Die Gemeinde Mühlgraben liegt im Neuhauser Hügelland und ist die kleinste Gemeinde des Bezirkes Jennersdorf.

Die Gemeinde grenzt im Norden an die Stadtgemeinde Fehring (Ortsteile Hirzenriegl und Schiefer), im Osten an die Marktgemeinde St. Martin/Raab (Ortsteil Welten) und an die Marktgemeinde Minihof-Liebau (Ortsteile Windisch-Minihof und Minihof-Liebau), im Süden an die Marktgemeinden Minihof-Liebau und Neuhaus/Klb. und im Westen an die Stadtgemeinde Fehring (Ortsteil Petersdorf) und die Gemeinde Kapfenstein (Ortsteil Gutendorf).
Die höchste Erhebung der Gemeinde liegt im Ried Tostlereck mit 392 m. Im Ried Zwickerisch liegt der Tostlerkogel mit einer Seehöhe von 387 m. Der tiefste Punkt liegt im östlichen Teil der Gemeinde an der Ortsgrenze zur Marktgemeinde Minihof-Liebau, bei der sogenannten „Wirrbrücke“ mit einer Höhe von 283 m über dem Meeresspiegel.

Mühlgraben teilt sich in zwei Täler, welche jeweils einen Bach als Talsohle führen.

Beide Bäche entspringen im Gemeindegebiet und fließen von West nach Ost. Es sind dies der Schwabenbach im nördlichen Teil und der Mühlgrabenbach im südlichen Teil, welcher in Minihof-Liebau in den Doiberbach mündet.

An der Hottergrenze zur Nachbargemeinde Neuhaus/Klb. verläuft die Wasserscheide zwischen Mur und Raab. Das Mühlgrabener Gemeindegebiet wird über den Doiberbach zur Raab entwässert.

Das Gemeindegebiet ist in neun Riede eingeteilt.

Verkehrswege

Das Gemeindegebiet umfasst ca. 22 km asphaltierte Güterwege, die in den letzten Jahren saniert und teilweise mit einer Straßenbeleuchtung ausgestattet wurden.
Die Hauptverbindung ist die Landesstraße (L 420) Richtung Minihof-Liebau. In Kooperation mit der Marktgemeinde Minihof-Liebau wurde entlang der Landesstraße ein Radweg errichtet, welcher 2014 eröffnet wurde.

Im Frühjahr 2007 wurde in der Gemeinde ein Verkehrsleitsystem umgesetzt. Gassenbezeichnungen wurden ebenfalls eingeführt.