Villahán se encuentra en la orilla ocidental del valle del Arroyo Madre. Este arroyo Madre es uno de los pocos del Cerrato que discurre de Sur a Norte, y desemboca en el río Arlanza varios kilómetros al norte, ya en el término de Palenzuela. Villahán se sitúa en la zona en que el valle de arroyo Madre se abre al mucho más amplio valle del Arlanza. Aquí la carretera que recorre el valle procedente del sur, de Tabanera de Cerrato, se divide en dos, continuando una hacia el norte y hacia Palenzuela tras atravesar la N-612 (de Lerma a Quintana del Puente) y el Arlanza, y también a la N-612 la otra, pero varios kilómetros más al Oeste.