Село Зелена Долина знаходиться за 3 км від лівого берега річки Вовча, на відстані 1,5 км від села Старокасянівське. У селі бере початок Балка Слиницька. Поруч проходить автомобільна дорога Н15.
Назва
Спочатку це був хутір Зеленодолинський, який згодом переріс у село. Назва вказує на його місцезнаходження — в зеленій долині. У цьому випадку — неподалік від річки Вовча в долині.