Mollet del Vallès liegt im Nordosten Spaniens, in der Autonomen Gemeinschaft Katalonien, genauer gesagt in der Comarca Vallès Oriental. Die Stadt befindet sich im Inland, in einem flachen Tal, das von sanften Hügeln umgeben ist. Sie liegt strategisch günstig zwischen den Pyrenäen im Norden und dem Mittelmeer im Süden.
Nur etwa 20 Kilometer trennen Mollet vom Zentrum Barcelonas. Bedeutende geografische Orientierungspunkte in der Nähe sind der Fluss Besòs, das Naturschutzgebiet Montseny (ein UNESCO-Biosphärenreservat) und der Naturpark Serralada Litoral, die beide hervorragende Möglichkeiten für Wanderungen, Radtouren und Naturerkundungen bieten.
Das Klima ist typisch mediterran: milde Winter, warme bis heiße Sommer und insgesamt viele Sonnenstunden. Die besten Reisezeiten sind Frühling und Herbst, wenn die Temperaturen angenehm sind und die Landschaft in voller Pracht steht – ideal für Outdoor-Aktivitäten und Events im Freien.