Lantadilla se encuentra en el oeste de la provincia, muy próximo a la de Burgos, dentro de la comarca natural de Tierra de Campos. Se sitúa en la margen derecha del río Pisuerga, junto a su cauce, en una llanura con suaves ondulaciones; el canal del Pisuerga atraviesa el casco con un tramo subterráneo.
Se asienta en el cruce de las carreteras P-433 Fromista-Arenillas de Riopisuerga (Burgos) y la P-4311 Astudillo-Osorno, que suponen el límite del núcleo por el oeste y el norte.