Xã Tả Thanh Oai nằm ở phần phía Tây của huyện Thanh Trì, phía Bắc giáp xã Thanh Liệt của Thanh Trì, góc phía Tây Bắc giáp xã Tân Triều của Thanh Trì và phường Phúc La quận Hà Đông, phía Tây giáp xã Hữu Hòa của Thanh Trì (ranh giới là sông Nhuệ), phía Tây Nam và Nam giáp huyện Thanh Oai (các xã Cự Khê, Mỹ Hưng) ranh giới là sông Nhuệ. Phía Đông, Tả Thanh Oai tiếp giáp với các xã cùng huyện: Đại Áng (ở phía Đông Nam), Vĩnh Quỳnh (chính giữa phía Đông), Tam Hiệp (phía Đông Bắc). Tả Thanh Oai nằm bê bờ tả sông Nhuệ, phía Bắc có đường 70A Văn Điển-Hà Đông chạy qua, ngang qua chính giữa xã là tuyến đường sắt vành đai Văn Điển - Ba La - Phú Diễn chạy từ hướng xã Vĩnh Quỳnh sang xã Hữu Hòa.

Xã Tả Thanh Oai gồm các thôn làng: Tả Thanh Oai, Thượng Phúc, Nhân Hòa, Siêu Quần.