Petit-Landau est située en Alsace, dans le département du Haut-Rhin et plus précisément entre l’agglomération mulhousienne et le Rhin, ce dernier faisant la frontière avec l’Allemagne.
Le village de Petit-Landau est situé à 228 mètres d’altitude, dans la plaine alluviale rhénane. Le ban s’étend sur 1750 hectares dont 764 hectares de forêt domaniale.
Le village a été établi dans la basse plaine d’inondation du Rhin, sur les rives d’un ancien bras rhénan, son site est identique à celui de la motte de Butenheim, les sols sont composés exclusivement d’alluvions quaternaires rhénanes : limons fluviatiles, sables, graviers.
Le Grand Canal d’Alsace limite pour partie le ban à l’Est. Environ 340 hectares ont été détachés de son ban Est lors de la construction du Grand Canal, et constituent aujourd’hui la partie landaunaise de l’île du Rhin. Sur la partie Ouest se trouve la forêt de la Hardt dont le finage est traversé par le canal de Huningue.