La ciudad está situada en la “Badischen Bergstraße” (ruta de montaña de Baden-Württemberg), en una ensenada junto al borde occidental de la selva de Oden, que limita con la llanura del Rin. El antiguo casco urbano se originó en la desembocadura del Weschnitz y la ciudad nueva en el valle del Grundelbach. Se desarrollaron nuevos barrios a lo largo de Schlossberg, a lo largo de la ruta de montaña y hacia la llanura del Rin. Entre los valles de Weschnitz y de Grundelbach se eleva la montaña Wachenberg, de 399,5 metros de altura, al norte de la cual se hallan la montaña Hirschkopf de 345,7 metros de altura y la Saukopf de 348,2 metros de altura; al sur se hallan la montaña Geiersberg de 340 metros de altura y la Goldkopf de 323,8 metros de altura. Algo más hacia el sur se encuentra la montaña Bachberg de 305,5 metros de altura. La colina más alta es la Eichelberg de 524,9 metros de altura ubicada en el barrio de Oberflockenbach. Un poco más hacia el oeste de ésta se halla la segunda montaña más alta de Weinheim, la llamada Steinberg de 428,5 metros de altura. El lugar más profundo de Weinheim (97 metros) se halla en la urbanización de Waid, en el noroeste del término municipal. Por su situación junto a la ruta de montaña en Weinheim predomina un clima templado. En comparación con otras regiones de Alemania el almendro y otros árboles frutales florecen mucho antes a lo largo del año. El término municipal abarca 5811 hectáreas, de las cuales 24,2% son superficies urbanizadas y áreas de tráfico, 42,9% son de uso agrícola y 30,0% son bosques.
La ciudad de Weinheim está compuesta por el núcleo urbano y los diez barrios Hohensachsen, Lützelsachsen, Oberflockenbach, Steinklingen, Wünschmichelbach, Rippenweier, Rittenweier, Heiligkreuz, Ritschweier y Sulzbach. Los barrios forman seis poblaciones según el reglamento municipal de Baden-Württemberg con sus correspondientes municipios y alcaldes como sus representantes; no obstante los barrios Oberflockenbach, Steinklingen y Wünschmichelbach pertenecen a la población Oberflockenbach y los barrios Rippenweier, Rittenweier y Heiligkreuz a la población Rippenweier. La totalidad del término municipal se subdivide, además, en seis barrios según el reglamento municipal de Baden-Württemberg, formando las poblaciones Hohensachsen y Ritschweier conjuntamente un barrio. El resto de las poblaciones así como el núcleo urbano forman cada uno un barrio [6]
La urbanización en el valle Ritschweier pertenece a la población Hohensachsen (2.627 habitantes el 31 de diciembre de 2016). El centro de acogida de niños y de jóvenes “Pilgerhaus” pertenece a la población Lützelsachsen (5.417 habitantes. La aldea Steinklingen, el pueblo Wünschmichelbach y la casa Daummühle pertenecen a la población Oberflockenbach (2.249 habitantes). La aldea Rittenweier, los lugares Heiligkreuz y Hohert (centro de vacaciones) y la casa Deisenklinge pertenecen a la población Rippenweier (1.046 habitantes). La aldea Oberkunzenbach pertenece a la oblación Ritschweier (305 habitantes). La granja Sulzbacherhof pertenece a la población Sulzbach (2.769 habitantes). Las aldeas Bertleinsbrücke y Weid y los lugares Nächstenbach, Nächstenbacher Berg, Ofling y Waid pertenecen al núcleo urbano de Weinheim (30.761 habitantes). En el territorio de la población Lützelsachsen se halla el despoblado Hege.
Weinheim es un punto central en el área de los centros urbanos Mannheim y Heidelberg. Al área central de Weinheim pertenecen junto a Weinheim las ciudades y municipios Hemsbach, Hirschberg junto a la ruta de montaña y Laudenbach.