Belonchamp ist eine Gemeinde im französischen Département Haute-Saône in der Region Franche-Comté. Belonchamp liegt auf einer Höhe von 340 m über dem Meeresspiegel, 13 km nordöstlich von Lure und etwa 24 km nordwestlich der Stadt Belfort (Luftlinie). Das Dorf erstreckt sich im östlichen Teil des Departements, am oberen Ognon, in den südwestlichen Vogesen, am Rand des Plateau des Mille Étangs. Die Fläche des 6.87 km² großen Gemeindegebiets umfasst einen Abschnitt der südwestlichen Vogesen. Von Nordosten nach Südwesten wird das Gebiet von der Alluvialniederung des Ognon durchquert.