Der Ort Villamiel de la Sierra liegt am südöstlichen Rand der Sierra de la Demanda in einer Höhe von ca. 1145 m. Die Provinzhauptstadt Burgos ist gut 26 km in nordwestlicher Richtung entfernt. Das Klima ist gemäßigt bis warm; Regen (ca. 755 mm/Jahr) fällt hauptsächlich im Winterhalbjahr.