Villambroz está asentado en un terreno llano, en los dilatados páramos palentinos que llevan su nombre y el de Villarrovejo. El terreno lo recorre un pequeño arroyo, La Cueza, formado por las aguas que se filtran de los páramos en invierno. Pasa la Cañada Real Leonesa por su territorio. El término de Villambroz limita por el Oeste con Villambrán y Lagartos, al Norte con Villarrobejo, al Este con San Martín del Valle y Villarrabé, por el Sureste con San Llorente del Páramo, por el sur con Ledigos y por suroeste Terradillos.