Die Gemeinde Gorxheimertal liegt langgestreckt im Grundelbachtal. Dieses befindet sich im Odenwald. Der Übergang zu der nächsten größeren Stadt, dem direkt westlich liegenden Weinheim, ist auch der Übergang zwischen Odenwald und Bergstraße sowie zwischen Hessen und Baden-Württemberg.
Durch das Gorxheimertal fließt der Grundelbach. An der Ostspitze des Ortsteils Trösel erheben sich die beiden Berge Waldskopf und Daumberg und begrenzen das Gorxheimertal im Osten.
