Castellina Marittima sorge su un colle delle Colline Livornesi, a 375 metri sul livello del mare, in un paesaggio di boschi e calanchi. Il territorio, esteso per 45,5 km², è dominato da due rilievi: il Poggio La Sambuca (542 m) e il Poggio Pianacce (661 m), mentre la Cascata delle Gusciane e alcune sorgenti punteggiano la natura. Con 1 948 abitanti e una densità di 43 ab/km², il borgo conserva un ritmo lento, lontano dal caos costiero, pur distando solo 14 chilometri dal litorale tirrenico.
L'economia locale si basa su agricoltura e turismo rurale. Il reddito medio annuo è di 22 100 €, con una pressione fiscale del 17,5% e un prezzo medio delle case di 1 229 €/m². Il territorio rientra nell'area di produzione del Chianti DOCG e del Chianti Classico DOP, ed è vicino alla zona del Pane Toscano DOP e della Cinta Senese DOP. La copertura FTTH raggiunge il 44% delle abitazioni.
Il clima è mite, con temperatura media di 15,0 °C e precipitazioni annue di 920 mm. Il rischio idrogeologico è molto alto, ma il suolo consumato è solo il 3,8%. Il patrimonio conta 5 monumenti e 2 musei; il borgo è vicino ai siti UNESCO di Pisa e San Gimignano. L'età media alta (48,5 anni) e l'indice di vecchiaia di 275 riflettono una popolazione matura, ma il saldo naturale negativo (-6) è compensato da un buon tenore di vita.
