Sonseca liegt im Zentrum der Iberischen Halbinsel, etwa 23 Kilometer südlich von Toledo und rund 95 Kilometer südwestlich von Madrid. Die Stadt befindet sich auf einem Hochplateau, umgeben von Olivenhainen, Weinfeldern und den Ausläufern der Montes de Toledo.
Die Nähe zu Toledo – einem UNESCO-Weltkulturerbe – sowie die gute Anbindung an Madrid machen Sonseca zu einem idealen Ausgangspunkt für Reisen in Zentralspanien. Naturliebhaber finden in der Umgebung zahlreiche Wanderwege und Aussichtspunkte, darunter das nahegelegene Naturschutzgebiet Cabañeros.
Das Klima ist kontinental-mediterran mit heißen, trockenen Sommern und kühlen, klaren Wintern. Die besten Reisezeiten sind Frühling und Herbst, wenn die Temperaturen angenehm sind und viele Feste stattfinden.