Valladolid est située dans la partie nord-ouest de la Meseta centrale, dans la communauté autonome de Castille-et-León. Elle se trouve à environ 190 km au nord-ouest de Madrid, et à proximité de villes historiques telles que Salamanque, León, Burgos et Ségovie. Elle est traversée par le fleuve Pisuerga, affluent du Duero, qui ajoute du charme à ses paysages urbains.
Grâce à sa position centrale dans la région, Valladolid est un carrefour de communication et de commerce. La ville est reliée par train à grande vitesse (AVE) à Madrid et d’autres grandes villes, et bénéficie d’un bon réseau routier et autoroutier.
Le climat est continental : étés secs et chauds, souvent au-dessus de 30 °C, et hivers froids, avec des températures proches de 0 °C. Les saisons intermédiaires – printemps et automne – sont les plus agréables pour visiter la ville, avec des conditions idéales pour explorer ses rues, ses musées et ses terrasses.