
Gelegen op 223 m boven de zeespiegel, in het midden van de Penedès-depressie en geflankeerd door het Garraf-massief en de Serralada Prelitoral, geniet Vilafranca van een omgeving van zachte golvingen bedekt met wijnstokken. De term heeft 19,6 km² en wordt begrensd door Cabanyes en Granada in het noorden, Sant Cugat Sesgarrigues en Olèrdola in het oosten, Santa Margarida en los Monjos in het zuiden en Sant Martí Sarroca en Pacs de Penedès in het westen. De vlakte wordt alleen onderbroken door kleine heuvels, zoals Puig de Sant Pau (302 m) of Puig de Sant Jaume (296 m), die uitzonderlijke uitzichtpunten bieden over de groene oceaan van wijnstokken.
De stad ligt in een natuurlijke communicatiepassage: in de Romeinse tijd liep de Via Augusta er doorheen; sinds 1865 loopt de spoorlijn Martorell-Tarragona er doorheen, en vandaag komen de N-340, de AP-7 en de C-15 samen. Deze locatie heeft zijn commerciële functie van de middeleeuwen tot heden bevorderd.
Het klimaat is typisch mediterraan, met milde winters (gemiddeld 7°C in januari) en hete maar gematigde zomers (gemiddeld 23°C in juli). De jaarlijkse neerslag is ongeveer 550-575 mm, met pieken in de herfst (oktober: 79,8 mm) en een duidelijke droogte in de zomer — slechts 17,9 mm in juli. Deze omstandigheden, samen met klei-kalksteenbodems en de marinade die vanaf de kust oprijst, zijn ideaal voor de teelt van de wijnstok en verklaren de lange lokale wijnbouwtraditie.
Demografisch gezien is Vilafranca volgens Idescat gestegen van 11.177 inwoners in 1950 naar 38.218 in 2010 en 42.607 in 2025. De belangrijkste stad concentreert de overgrote meerderheid van de bevolking, maar de term omvat kleine entiteiten zoals Pere Pau (135 inwoners), de Molí d'en Rovira disgregat (103), Cal Salines (47) of de Bordellet (21). De dichtheid bedraagt meer dan 2.170 inwoners/km², typerend voor een compacte stad maar nog steeds op menselijke schaal.
Het agrobosbouwmozaïek wordt gecompleteerd door periodieke stromen en de Sant Cugat-beek, terwijl de biodiversiteit de nabijgelegen gebieden van Foix en Garraf doordringt. De zeebries tempert de zomer- en winterkou, waardoor de Penedès een vriendelijk gebied is voor zowel de buurt als de wijngaarden.