Die Gemeinde Großschwabhausen liegt im östlichen Teil des Landkreises Weimarer Land
ca. 20 km östlich von Weimar,
ca. 10 km westlich von Jena und
ca. 15 km südlich von Apolda.
Die Gemarkung des 318 m über NN gelegenen Ortes erstreckt sich entlang des Schwabhäuser Grundes, dessen Talhänge nach Norden und Süden ansteigen. Hier befindet sich die Wasserscheide zwischen Saale und Ilm.
Die nördliche Grenze des Ortes bildet ein artenreicher Eichenmischwald, der Hain. Wegen der Vielzahl geschützter Pflanzen wurde der Hain 1989 zum Naturschutzgebiet erklärt und ist heute noch Besuchermagnet für Naturfreunde, die im Frühling einen wahren Teppich aus Frühblühern bewundern können.
Großschwabhauen liegt auf der Südostthüringischen Buntsandstein- und Muschelkalkplatte.