Palencia se trouve dans le nord-ouest de l’Espagne, dans la vaste région intérieure de Castille-et-León. Elle est située à environ 240 kilomètres au nord de Madrid, et à seulement 45 kilomètres de Valladolid, capitale provinciale. Entourée de plaines fertiles et traversée par le fleuve Carrión, la ville est implantée dans un paysage doux, typique du plateau castillan.
Le climat de Palencia est de type continental, avec des hivers froids et secs, et des étés chauds mais généralement supportables grâce à la faible humidité. Le printemps (avril à juin) et le début de l’automne (septembre-octobre) sont les meilleures périodes pour visiter la ville, avec des températures agréables et un ciel généralement dégagé, idéal pour les activités en plein air.
À proximité, on peut explorer les montagnes de la Cordillère Cantabrique au nord, parfaites pour les amateurs de randonnée ou d’écotourisme, ainsi que des sites emblématiques comme les canaux de Castille, la Réserve naturelle de Fuentes Carrionas et les nombreuses églises romanes de la région.