Cartaya liegt im Südwesten Spaniens, in der Region Andalusien, nahe der Grenze zu Portugal und nur wenige Kilometer vom Atlantischen Ozean entfernt. Die Stadt ist eingebettet zwischen weiten Pinienwäldern und dem Fluss Río Piedras, der in das Naturparadies „Marismas del Río Piedras y Flecha del Rompido“ mündet – ein einzigartiges Feuchtgebiet mit hoher ökologischer Bedeutung.
Die nächstgelegenen größeren Städte sind Huelva (ca. 30 km) und Sevilla (ca. 100 km). Auch das portugiesische Faro ist in etwa einer Stunde erreichbar. Die Küstenorte El Rompido und Nuevo Portil gehören ebenfalls zur Gemeinde Cartaya und bieten traumhafte Strände und maritimes Flair.
Das Klima ist mediterran-ozeanisch geprägt. Die Sommer sind warm, aber durch die Meeresbrise angenehm, während die Winter mild bleiben. Die beste Reisezeit reicht von April bis Oktober – ideal für Strandurlaube, Outdoor-Aktivitäten und Veranstaltungen im Freien.