Weilheim gehört zum Landkreis Esslingen in Baden-Württemberg und liegt südöstlich von Kirchheim unter Teck . Zur Stadt Weilheim gehören auch die Hepsisau und Häringen
Hochbehälter Wolfscherre 480m ü. NN. Trinkwasserreservoir mit 4000 m³
Der größte Bach der mitten durch Ort fließt ist die Lindach . Sie entspringt in der Nähe der 7 km entfernten Burgruine Reußenstein beim Nachbarort Neidlingen (Teck). Nach insgesamt 15 km fließt sie in Kirchheim unter Teck in die Lauter und mündet schließlich Wendlingen am Neckar in den Neckar . Nebenbäche sind der Kohlesbach der Schmiedbach der Federnbach. Ausserdem gibt es noch den der in den Windbach fließt über den in Kirchheim-Nabern in die Lindach mündet. Den schließlich mündet in den Seebach fließt nach Holzmaden in den Trinkbach und mündet schließlich in der Lauter.
Neben Holzmaden Neidlingen und Nabern grenzt noch an die Gemeinde Aichelberg (Göppingen).
In der Nachbargemeinde Holzmaden befindet sich weltweit bekannte Urweltmuseum Hauff. Das einzige Museum Deutschlands das einen eigenen Wegweiser auf Autobahn (der A8 ) hat.