Cartaya si trova nella parte sud-occidentale della Spagna, nella provincia di Huelva, a pochi chilometri dalla costa atlantica e vicino al confine con il Portogallo. La sua posizione è privilegiata: è immersa nella natura, circondata da pinete, zone umide e spiagge incontaminate, come quelle della frazione costiera El Rompido.
La città dista circa 30 km da Huelva, capoluogo della provincia, e meno di 100 km da Siviglia, importante centro culturale e commerciale. Il fiume Piedras attraversa parte del territorio comunale, contribuendo alla ricchezza ecologica della zona e rendendola un paradiso per il birdwatching e gli sport acquatici.
Il clima di Cartaya è tipicamente mediterraneo oceanico, con inverni miti e estati calde ma mitigate dalla brezza marina. Il periodo migliore per visitarla è tra aprile e ottobre, quando il clima è più favorevole per godere delle attività all’aperto, delle spiagge e degli eventi locali.