El municipio de Santa Olalla está situado en la Comunidad Autónoma de Castilla-La Mancha, en el centro de la provincia de Toledo y en la Comarca de Torrijos.
En Santa Olalla confluyen tres carreteras, que son la autovía del Suroeste o de Extremadura A-5 (antigua N-V) y las carreteras regionales Santa Olalla-El Carpio de Tajo (CM-4053) y Santa Olalla-Torrijos (TO-7723). Estamos a 80 kilómetros de Madrid, 42 de Toledo y 32 de Talavera de la Reina.
Por uno de los extremos del término municipal discurre la línea de tren Madrid-Cáceres y se encuentra la estación de tren Santa Olalla-Carmena, pero que actualmente está en desuso.
El término municipal es el de mayor extensión del contorno, tiene una extensión de 76.62 km2, o 7.662 hectáreas. De entre los 205 municipios que componen la provincia de Toledo ocupa según su extensión el lugar número 67 teniendo después de él 138. El término tiene una forma irregular. Limita al norte con Hormigos; al este con Maqueda, Val de Santo Domingo y Alcabón; al sur con Carmena, La Mata y Carriches; y al oeste con Domingo Pérez, Erustes y Otero.
Nuestro término está situado a 487 metros de altitud media sobre el nivel del mar. Las coordenadas geográficas exactas, tomadas por una estación gravimétrica situada junto al clavo de nivelación existente a un lado de la puerta principal de la Iglesia de San Pedro son: altitud 485.557 metros; latitud 40º 1' 27'' N (Norte del Ecuador); longitud 4º 25' 39'' O (Oeste del meridiano de Greenwich).