De gemeente Sint-Pieters-Leeuw is gelegen aan belangrijke verbindingswegen in het West-Brabantse Heuvelland ten zuidwesten van Brussel in het arrondissement Halle-Vilvoorde van de provincie Vlaams-Brabant. In het noorden wordt deze landelijke woongemeente begrensd door Schepdaal en Sint-Anna-Pede, deelgemeenten van Dilbeek, in het noordoosten door Anderlecht, dat behoort tot het Brussels Hoofdstedelijk Gewest, in het oosten door Drogenbos, in het zuiden door Halle met de deelgemeente Buizingen en door Beerzel met de deelgemeente Lot, in het westen tenslotte door Sint-Martens-Lennik en Gaasbeek, deelgemeenten van Lennik en door Pepingen met de deelgemeente Elingen.

Sinds de fusie van 1 januari 1977 bestaat de gemeente uit Sint-Pieters-Leeuw en een aantal, met uitzondering van Vlezenbeek, kleinere deelgemeenten, gelegen rondom het noordelijke deel van de spilgemeente: Oudenaken en Sint-Laureins-Berchem ten westen, Vlezenbeek ten noorden en noordwesten en het geïndustrialiseerde Ruisbroek ten oosten, min of meer geïsoleerd door de spoorlijn Brussel-Bergen en het kanaal Brussel-Charleroi en van noord naar zuid gekruist door de E19. Het zacht golvende reliëf schommelt tussen 25 en 62 m. Het oostelijke deel van Sint-Pieters-Leeuw wordt doorsneden door de drukke N6, een belangrijke verkeersas die Brussel verbindt met Bergen en voor een deel de oostgrens van de gemeente vormt; het noordelijke deel echter wordt voor een deel ingesloten door de N282 of Lenniksebaan; beide verkeersaders zorgen voor een directe aansluiting op de E19. Van zuidwest naar noordoost wordt de gemeente nagenoeg gehalveerd door de Zuunbeek(vallei), een bijrivier van de Zenne die evenals de westelijk gelegen oude Brabantsebaan van Nijlen over Halle naar Asse, een belangrijke factor vormde in het ontstaan van Sint-Pieters-Leeuw. Vandaag vormt de Zuunbeekvallei de groene long van de gemeente, maar tegelijkertijd het einde van het golvende Pajottenland. De valleihellingen worden steeds vlakker en verdwijnen volledig naar de Zennevallei ten zuidoosten van de gemeente. Er is trouwens een sterk contrast tussen het oostelijke deel van de gemeente dat qua uitzicht meer en meer aansluit bij de Brusselse agglomeratie en het westelijke deel dat nog het landelijke karakter van het Pajottenland uitstraalt met gesloten hoeven, boomgaarden (vaak hoogstam), weilanden en akkers. Bijgevolg neemt de bevolkingsdichtheid af naargelang men zich van Brussel verwijdert. Handel en nijverheid zijn vooral geconcentreerd langs de Bergensesteenweg en de kanaalzone in Ruisbroek. Ook de demografische evolutie vertoont scherpe tegenstellingen: terwijl Sint-Pieters-Leeuw en zeker Ruisbroek een ware bevolkingsexplosie kenden na 1850 ten gevolge van de industriële omwenteling, stagneerde of verminderde de bevolking van Oudenaken en Sint-Laureins-Berchem. Qua bevolking is Sint-Pieters-Leeuw momenteel een van de grootste gemeenten van Vlaams-Brabant.

Op het grondgebied van Sint-Pieters-Leeuw liggen een aantal erkende natuurgebieden zoals de "Oude Zuun" langs de Zuunbeek tussen de Camille Leunensstraat, Karenberg en Kerkhofstraat; karakteristiek zijn hier de alluviale weide- en hooilanden langs een oude meanderende Zuunbeekarm die thans is afgesneden; het landschap is er kleinschalig met onder meer bomenrijen, houtkanten, knotwilgen en poelen. Op de linkeroever van de Zuunbeek, stroomopwaarts van de wachtkom van Volsem ligt het Volsembroek dat bestaat uit weiden en moerassen die in het winterhalfjaar grotendeels onder water staan. De Laarbeekvallei ligt op de grens met de gemeente Lennik tussen het domein Groenenberg en de Lenniksebaan en bestaat uit een smalle beekvallei met kalkrijke kwelbronnen, beekbegeleidende bossen en moerassen met typische plantengroei. In het oosten van Vlezenbeek stroomt de Zobbroekbeek in een zeer rijke beekvallei met onder meer de vochtige bossen van Cortenbroek; de natte percelen zijn er doorsneden door kwelzones waar het opstuwende water zorgt voor een uitbundige voorjaarsflora. De gemeente heeft momenteel een totale oppervlakte van 4 036 ha en telde op 31 december 2007 een totaal van 31.140 inwoners.