Arroyomolinos liegt im Südwesten der Region Madrid, etwa 30 Kilometer vom Zentrum der spanischen Hauptstadt entfernt. Die Stadt befindet sich im Landesinneren auf leicht hügeligem Terrain, das zu Spaziergängen und Naturerlebnissen einlädt.
In unmittelbarer Nähe befinden sich größere Städte wie Móstoles, Alcorcón und Fuenlabrada sowie das Flusstal des Guadarrama, das ein bedeutendes Naturgebiet mit geschützten Landschaften ist. Die gute Anbindung an Madrid und das Umland macht Arroyomolinos zum idealen Ausgangspunkt für Erkundungstouren.
Das Klima ist mediterran-kontinental geprägt, mit heißen Sommern und kühlen Wintern. Die beste Reisezeit ist das Frühjahr (April bis Juni) sowie der Frühherbst (September bis Oktober), wenn das Wetter angenehm mild ist und sich Outdoor-Aktivitäten optimal gestalten lassen.