Arroyomolinos se trouve dans la zone sud-ouest de la Communauté de Madrid, à environ 25 kilomètres de la capitale. Elle est bordée par les communes de Móstoles, Moraleja de Enmedio et Navalcarnero, et bénéficie d’un accès direct aux grands axes routiers, notamment la M-50 et la A-5.
Le territoire est relativement plat, avec quelques collines et de vastes zones naturelles, notamment dans le parc régional du cours moyen du Guadarrama, qui traverse les abords de la ville. Cette proximité avec les espaces naturels rend Arroyomolinos particulièrement attrayante pour les loisirs en plein air et les promenades familiales.
Le climat est méditerranéen continental, caractérisé par des étés chauds et secs et des hivers modérément froids. Les intersaisons (printemps et automne) sont les plus propices aux activités extérieures et à l’organisation d’événements, grâce à des températures agréables et un bon ensoleillement.