Ayamonte liegt in der Provinz Huelva in der Autonomen Gemeinschaft Andalusien, direkt an der Grenze zu Portugal. Die Stadt erstreckt sich entlang des Flusses Guadiana, der die natürliche Grenze zwischen Spanien und Portugal bildet, und öffnet sich zugleich zum Atlantischen Ozean mit traumhaften Stränden wie Isla Canela und Punta del Moral.
In unmittelbarer Nähe befinden sich bedeutende Städte wie Huelva (ca. 60 km entfernt) und Faro in Portugal (ca. 65 km). Die Nähe zum Naturpark Doñana, einem der bedeutendsten Feuchtgebiete Europas, macht Ayamonte auch für Naturliebhaber besonders attraktiv.
Das Klima in Ayamonte ist mediterran mit ozeanischen Einflüssen. Die Sommer sind sonnig und heiß, mit Temperaturen über 30 °C, während die Winter mild und angenehm bleiben. Die besten Reisezeiten sind zwischen April und Oktober, wobei auch die Nebensaison dank des milden Klimas lohnenswert ist.