Espenau liegt wenige Kilometer nördlich von Kassel bw. direkt nördlich von Vellmar zwischen dem Habichtswald im Südwesten und dem Reinhardswald im Nordosten. Es befinden sich auf einer maximal 280 m hoch gelegenen Hochfläche die Ursprungsgebiete des westlichen Fulda-Zuflusses Espe (mittig zwischen Hohenkirchen und Möncheberg verlaufend) und des südlichen Diemel-Zuflusses Esse.
Die Ortsteile von Espenau liegen dicht beieinander, dennoch gibt es viel Freiraum im Gemeindegebiet. Am Nordrand von Hohenkirchen befindet sich eine Teichanlage mit dem Esse-Ursprung. Eine recht ausgedehnte Waldfläche mit dem Staufenberg und dem Forstgebiet „Brand“ und dem davor befindlichen Glockenteich schließt sich westlich der Gemeinde an, nördlich liegen weitläufige Wiesen und Felder.
Espenau grenzt im Norden an die Stadt Immenhausen, im Osten an die Gemeinde Fuldatal, im Süden an die Stadt Vellmar, im Südwesten an die Gemeinde Ahnatal, im Westen an die Gemeinde Calden, sowie im Nordwesten an die Stadt Grebenstein.
Quelle: Gemeinde Espenau