Algemesí liegt im Osten Spaniens in der Region Ribera Alta, etwa 35 Kilometer südlich von Valencia. Die Stadt befindet sich im fruchtbaren Tal des Flusses Júcar (Xúquer) und gehört zur autonomen Gemeinschaft der Valencianischen Gemeinschaft.
In unmittelbarer Nähe befinden sich bedeutende geografische Punkte wie die Mittelmeerküste, das Naturschutzgebiet Albufera und die Ausläufer der Sierra de Corbera. Diese Lage macht die Stadt sowohl landschaftlich reizvoll als auch strategisch günstig für Ausflüge in die Region.
Das Klima ist mediterran mit heißen, trockenen Sommern und milden Wintern. Die Durchschnittstemperaturen liegen im Winter bei rund 10 °C und im Sommer bei bis zu 30 °C. Die besten Reisezeiten sind Frühling und Herbst, wenn das Wetter angenehm und die Stadt besonders lebendig ist.