Móstoles liegt im Zentrum Spaniens, in der Region Madrid, und gehört zur Metropolregion der Hauptstadt. Geografisch gesehen befindet sich die Stadt auf dem zentralen Hochplateau der Iberischen Halbinsel (Meseta Central) und ist Teil einer leicht hügeligen Landschaft mit Nähe zu den Bergen der Sierra de Guadarrama.
In unmittelbarer Umgebung liegen bedeutende Städte wie Madrid, Alcorcón und Fuenlabrada. Naturliebhaber schätzen die Nähe zum Fluss Guadarrama sowie zu den regionalen Naturparks, die sich hervorragend für Ausflüge und Wanderungen eignen.
Das Klima ist kontinental-mediterran, mit heißen, trockenen Sommern und kühlen Wintern. Die angenehmsten Reisezeiten sind Frühling (April–Juni) und Herbst (September–Oktober), wenn die Temperaturen milder und die Tage sonnig sind. In diesen Monaten finden auch viele der wichtigsten Veranstaltungen statt.