Rousset-les-Vignes est situé en Drôme Provençale à 15 km à l'est de Grignan (chef-lieu du canton), à 10 km au nord-ouest de Nyons et à 21 km au sud de Dieulefit.
Les communes les plus proches sont Le Pègue, Saint-Pantaléon-les-Vignes et Valréas.