El Municipio de San Martín Totoltepec se localiza en la parte centro oeste del estado de Puebla. Sus coordenadas geográficas son los paralelos 18º 39' 00'' y 18º 40' 30" de latitud norte y los meridianos 90º 20' 18'' y 98º 23' 06'' de longitud occidental y sus colindancias son: Al norte con el municipio de Teopantlán, al sur limita con Xochiltepec, al poniente limita con Epatlán, al suroeste con Izúcar de Matamoros. Para arribar al municipio de San Martín Totoltepec, saliendo de la Ciudad de Puebla se tiene que recorrer 81 km, teniendo una duración el viaje de 1 hora 35 minutos, siendo la ruta de recorrido la siguiente de la Ciudad de Puebla a Atlixco 25.7 km, de Atlixco a Izúcar de Matamoros 33 km, de Izúcar de Matamoros a Epatlán 14 km y de Epatlán a San Martín Totoltepec 3.3 km.
Tiene una superficie de 7.27 kilómetros cuadrados que lo ubica en el lugar 213 con respecto a los demás municipios del estado.
El municipio se localiza dentro de la región morfológica del Valle de Matamoros, valle perteneciente a la meseta poblana, que colinda con el Valle de Atlixco y los llanos de Tepexi y el Valle de Chiautla.
El centro del municipio es cruzado de norte a sur por una pequeña e irregular sierra, de no más de 100 metros de altura, destacando los cerros la Coronilla, la Campana y Tecolotl.
El resto del territorio presenta una topografía plana, con una altura promedio de 1,360 metros sobre el nivel del mar.
El municipio pertenece a la cuenca del río Atoyac, uno de las más importantes: el río Atotonilco, que lo baña de norte a sur y se une posteriormente al Nexapa, afluente del Atoyac. También cuenta con algunas corrientes intermitentes que tras un corto recorrido, desaparecen.
El municipio se localiza dentro de la zona de climas cálidos del Valle de Atlixco, se presenta un solo clima; clima cálido subhúmedo con lluvias en verano; temperatura media anual mayor de 22ºC, temperatura del mes más frío mayor de 18º C, precipitación de lluvia invernal con respecto a la anual, menor de 5 mm.
Las áreas montañosas del municipio están cubiertas de selva baja caducifolia, donde se encuentran especies tales como copal, cuajilote, tepeguaje y otros.
Dentro de los recursos forestales solamente existen cerros con árbol de Huamuchil o también conocido como Horcones, los cuáles se utilizan para el cercado de casas o deslinde de propiedades; además de algunos bancos donde se extrae la arena que se ocupa para la construcción.
En el municipio se identifican suelos pertenecientes a tres grupos que a continuación se describen.
Litosol: Se presentan en los cerros del suroeste.
Vertisol: Cubre las zonas montañosas con topografía plana.
Regosol: Cubre las zonas montañosas del oriente.