Valdemorillo liegt im nordwestlichen Teil der Autonomen Gemeinschaft Madrid, etwa 40 Kilometer von der spanischen Hauptstadt entfernt. Die Stadt befindet sich im Vorgebirge der Sierra de Guadarrama, einer Region mit hügeligem, bewaldetem Terrain und beeindruckenden Ausblicken.
In der Nähe befinden sich bedeutende geographische Merkmale wie der Stausee „Embalse de Valmayor“, der nicht nur die Region mit Wasser versorgt, sondern auch ein beliebter Ort für Freizeitaktivitäten ist. Auch die historische Stadt El Escorial ist nur wenige Kilometer entfernt.
Das Klima ist kontinental-mediterran geprägt. Die Sommer sind warm und trocken, während die Winter eher kühl und gelegentlich frostig sind. Die besten Reisezeiten sind Frühling und Herbst, wenn die Temperaturen mild sind und sich die umliegende Natur von ihrer schönsten Seite zeigt.