Villamartín atópase enclaváu en plena contorna de Tierra de Campos a 12 km de la Capital (Palencia), en direición Llión y xusto nel encruz de la carretera N-610 cola C-612 a Medina de Rioseco (Provincia de Valladolid). Al norte parte con los conceyos de Grijota, Villaumbrales y Becerril de Campos, al oeste con Mazariegos y Baquerín de Campos, al sur con Pedraza de Campos y al este con Autilla del Pino.