Heidenheim an der Brenz ist eine Stadt im Osten Baden-Württembergs an der Grenze zu Bayern, etwa 17 km südlich von Aalen und 33 km nördlich von Ulm. Sie ist die Kreisstadt und größte Stadt des Landkreises Heidenheim und nach Aalen und Schwäbisch Gmünd die drittgrößte Stadt der Region Ostwürttemberg.
Heidenheim bildet ein eigenes Mittelzentrum, zu dessen Mittelbereich alle Gemeinden des Landkreises Heidenheim gehören. Seit 1. April 1956 ist Heidenheim Große Kreisstadt. Mit der Gemeinde Nattheim hat die Stadt Heidenheim eine Verwaltungsgemeinschaft vereinbart.
Heidenheim liegt auf 478 bis 645 Metern Höhe zwischen Albuch und Härtsfeld am nordöstlichen Ende der Schwäbischen Alb in einer Talweitung der Brenz bei der Einmündung des Stubentals am Fuß des Hellensteins. Die Brenz betritt von Königsbronn kommend, wo sie entspringt, im Nordwesten das Stadtgebiet und durchfließt es in Nord-Süd-Richtung zunächst durch die Stadtteile Aufhausen und Schnaitheim, anschließend durch die Kernstadt und schließlich durch den Stadtteil Mergelstetten, um es im Süden in Richtung Herbrechtingen wieder zu verlassen.