Villabrágima liegt in der Region Tierra de Campos auf der kastilischen Hochebene in einer Höhe von ca. 725 m am Río Sequillo. Die Provinzhauptstadt Valladolid befindet sich mit ihrem Stadtzentrum etwa 40 Kilometer (Fahrtstrecke) südöstlich.
Das Klima im Winter ist durchaus kalt, im Sommer dagegen warm bis heiß; die eher spärlichen Regenfälle (ca. 517 mm/Jahr) fallen überwiegend im Winterhalbjahr.[2]