Gaildorf gilt als Zentrum des Limpurger Landes, das sich südlich von Schwäbisch Hall erstreckt. Das Stadtgebiet wird von Süd nach Nord vom Kocher durchflossen, der hier ein breites Tal ausbildet. Kurz vor Gaildorf mündet die Rot bei Unterrot von links in den Fluss. Zu beiden Seiten des Kochertals erheben sich bewaldete Höhen: Nach Westen der Mainhardter Wald und nach Osten die Limpurger Berge. Gaildorf hat Anteil an den Naturräumen Schwäbisch-Fränkische Waldberge und Hohenloher-Haller Ebene.^[2]

Der 49. Breitengrad verläuft direkt durch das Stadtgebiet – in Nordamerika bildet dieser die Grenze zwischen den USA und Kanada.