Großheringen liegt im Landkreis Weimarer Land im Nordosten Thüringens an der Grenze zu Sachsen-Anhalt, etwa 15 km nordöstlich der Kreisstadt Apolda. Die Ilm und die Saale durchfließen das Gemeindegebiet, wobei die Mündung der Ilm in die Saale unmittelbar unterhalb des Ortes Großheringen liegt.
Zur Gemeinde gehören außer dem namengebenden Ort das nördlich von Ilm und Thüringer Bahn gelegene Unterneusulza sowie das für seinen Weinbau bekannte Kaatschen-Weichau, an der Saale etwa 2 km oberhalb der Ilmmündung gelegen.
Teil des Viega-Zweigwerks (unten rechts) vor der Rudelsburg und der Burg Saaleck
In Großheringen fertigt der Sanitärausrüster Viega seit 1992 in einem großen Werk Rohrleitungssysteme. Die daraus resultierenden Gewerbesteuereinnahmen (brutto 2008: 3,7 Mio. Euro, 2009: 3,2 Mio. Euro, 2010: 3,7 Mio. Euro, entspricht rund 5000 Euro je Einwohner gegenüber einem Kreisdurchschnitt von 230 Euro je Einwohner) machen Großheringen gemessen am Steueraufkommen pro Kopf zu einer der reichsten Gemeinden in Thüringen.[6]
Auf Grund der Lage am Zusammenfluss zweier großer Flüsse ist Großheringen für einen Eisenbahnknotenpunkt günstig gelegen. Die erste Bahnstrecke von Halle/Leipzig nach Erfurt (Thüringer Bahn) durch den Ort wurde 1847 eröffnet. Sie verläuft nördlich im Saale- und südlich im Ilmtal. Heute ist sie zweigleisig und elektrifiziert. Bis Dezember 2015 war sie Teil der ICE-Verbindung Leipzig/Frankfurt (Main). 1876 kam mit der Saalbahn eine weitere wichtige Eisenbahnstrecke hinzu; sie zweigt in Großheringen von der Bahnstrecke Leipzig–Erfurt ab und verläuft südlich im Saaletal weiter über Jena, Saalfeld (Saale), Kronach und Bamberg nach Nürnberg. Heute ist sie ebenfalls zweigleisig und elektrifiziert und war bis Dezember 2017 Teil der ICE-Linie Berlin – München, die jedoch die Verbindungskurve Richtung Saaleck benutzte und damit östlich an Großheringen vorbei fuhr. Eine weitere Eisenbahnstrecke mit Beginn in Großheringen ist die 1874 eröffnete Pfefferminzbahn nach Sömmerda. Sie ist eine eingleisige, nicht elektrifizierte Nebenbahn, auf deren östlichem Abschnitt der Personenverkehr im Dezember 2017 eingestellt wurde.
