A peu près au centre de la Côte de Beaune, Monthélie est au sud immédiat de Volnay, limitrophe d’Auxey-Duresses et de Meursault. Son vignoble est très groupé, occupant les flancs d’une combe assez resserrée dans sa partie nord, s’évasant vers le sud. Le vignoble est planté entre 230 et 370 m d’altitude.
Les sols sont calcaires, mêlés à des argiles en proportions irrégulières d’un lieu-dit à l’autre.