Gundelfingen ligger ved udkanten af Schwäbischen Alb i Donaudalen, hvis udstrakte eng og moselandskaber (Schwäbisches Donaumoos) ligger i kommunens sydlige områder. Bykernen gennmløbes af tre grene af floden Brenz. Donau er syd for byen opstemmet til en sø.
Nabokommuner er byerne Lauingen (Donau) og Günzburg samt kommunerne Bächingen an der Brenz, Haunsheim og Medlingen.