Butzbach grenzt im Norden an die Gemeinde Langgöns (Landkreis Gießen), im Osten an die Stadt Münzenberg und die Gemeinde Rockenberg, im Süden an die Gemeinde Ober-Mörlen und die Stadt Usingen (Hochtaunuskreis),sowie im Westen an die Gemeinden Grävenwiesbach (Hochtaunuskreis) und Waldsolms (Lahn-Dill-Kreis).

Butzbach besteht aus den Stadtteilen Bodenrod, Butzbach (Kernstadt), Ebersgöns, Fauerbach v.d.H., Griedel, Hausen-Oes, Hoch-Weisel, Kirch-Göns, Maibach, Münster,  Nieder-Weisel, Ostheim, Pohl-Göns und Wiesental.

Die Stadt liegt an der Main-Weser-Bahn zwischen Gießen und Friedberg im Bereich des Rhein-Main-Verkehrsverbundes. Der Bahnhof Butzbach Ost ist Verwaltungssitz der Butzbach-Licher Eisenbahn AG (heute Hessenbahn GmbH - Standort Butzbach), die in der Wetterau eine große Rolle im ÖPNV spielt.

Direkte Autobahnanschlüsse an die Bundesautobahn 5 (Hattenbacher Dreieck - Weil am Rhein) und die Bundesautobahn 45 (Sauerlandlinie von Dortmund nach Aschaffenburg), die sich ganz in der Nähe bei Gambach kreuzen. Weiter ist Langgöns in der Nähe von Butzbach Ausgangspunkt der Bundesautobahn 485 zum Gießener Nordkreuz und Richtung Marburg und Kassel. Butzbach liegt außerdem an der Bundesstraße 3 zwischen Friedberg und Gießen.