Sus coordenadas son 40°11′N 5°48′O. El término municipal está atravesado por la carretera N-110 entre los pK 369 y 373, además de por una carretera local que conecta con Hervás. Topográficamente, Cabezuela del Valle se sitúa en una zona abrupta y quebrada en la parte occidental de la sierra de Gredos. El ríoJerte forma en su curso alto un profundo valle, el valle del Jerte, en el cual el río discurre desde el noreste hacia el suroeste.