Die Gemeinde Sinzheim liegt „zwischen Wein und Rhein“ direkt an der Bundesstraße B3 zwischen Baden-Baden und Bühl auf einer Höhe von 127 über NN. Die Gemarkungsfläche beträgt rund 28,5 km², davon sind 15,3 km² landwirtschaftliche Nutzfläche und 7,5 km² Wald.

Der lang gezogene Bergrücken des 525 m hohen Fremersberg begrenzt die Gemarkung gegen Osten. Der Hauptort und einige Teilorte liegen in der flachen Rheinebene, die Ortsteile Winden, Vormberg und Ebenung liegen am Nordwest- und Westhang des Fremersberg.

Sinzheim ist nach dem Landesentwicklungsplan Baden-Württemberg zwischen den Mittelzentren Bühl, Baden-Baden und Rastatt als Kleinzentrum mit einem hohen Grad an Selbstversorgung eingestuft. Die Gemeinde gehört als Gebietskörperschaft politisch zum Landkreis Rastatt und damit zur Region Mittlerer Oberrhein. Mit der 6 km entfernten Nachbargemeinde Hügelsheim besteht seit dem 1. Januar 1973 eine Verwaltungsgemeinschaft.