Leutzsch liegt etwa 5 Kilometer west-nordwestlich der Leipziger Stadtmitte. Es grenzt im Süden an
Lindenau (mit der Prießnitzstraße, dem Friedhof Lindenau und der Merseburger Straße als Grenze), im Westen an
Böhlitz-Ehrenberg (Grenze an der Ludwig-Hupfeld-Straße, Bahnhof Leutzsch, Am Ritterschlößchen und Am Sportpark). Im Norden und Osten grenzt der Leipziger Auwald an, mit dem Leutzscher Holz, der Burgaue, der Nahle und der Kleinen Luppe. Etwas nördlich von Leutzsch liegt der Auensee, der zum benachbarten Stadtteil
Wahren gehört. Das Gewerbegebiet an der Schomburgkstraße liegt auf der Gemarkung Leutzsch, wird aber zum statistischen Ortsteil Neulindenau gezählt.