San Baudilio de Llobregat liegt im Südwesten des Ballungsraums Barcelona, nur wenige Kilometer vom Stadtzentrum entfernt. Die Stadt befindet sich in der Comarca Baix Llobregat und ist nach dem Fluss Llobregat benannt, der durch die Region fließt.
Geografisch liegt die Stadt zwischen dem fruchtbaren Llobregat-Delta und den ersten Ausläufern des Naturparks Garraf. Diese Lage verleiht San Baudilio eine reizvolle Kombination aus Flussebene und Hügellandschaft. Der nächste Strand sowie das Mittelmeer sind in weniger als 30 Minuten erreichbar.
Das Klima ist typisch mediterran mit heißen, trockenen Sommern und milden Wintern. Die angenehmsten Jahreszeiten für einen Besuch sind Frühling und Herbst, wenn Temperaturen moderat sind und viele kulturelle Veranstaltungen stattfinden.