Monterenzio sorge sulle prime colline dell'Appennino bolognese, a 207 metri sul livello del mare e a circa 71 km dalla costa adriatica. Il territorio, prevalentemente collinare, è caratterizzato da rilievi dolci ma decisi, come il Monte Monterenzio (603 m) e il Monte Iano (534 m), e da numerosi sentieri escursionistici che si snodano tra calanchi e boschi di querce e castagni. Con una densità di 59 abitanti per km², il paese conserva un'atmosfera rurale e tranquilla, lontana dal traffico della vicina Bologna.
L'economia locale si basa su agricoltura e piccola industria. Il reddito medio annuo è di 24 911 €, con una pressione fiscale del 17,6% e un prezzo medio degli immobili di 1 275 €/m². La copertura FTTH raggiunge il 51% delle abitazioni. Il territorio rientra nell'area di produzione del Colli Bolognesi Classico Pignoletto DOCG e del Romagna Sangiovese DOC, e ospita prodotti tipici come l'Aglio di Voghiera DOP e il Brisighella DOP, oltre all'Aceto Balsamico Tradizionale di Modena DOP e di Reggio Emilia DOP.
Il clima è temperato, con una temperatura media di 14,3 °C e precipitazioni annue di 776 mm. Nonostante un rischio idrogeologico molto alto, il suolo consumato è solo il 3,2%. Monterenzio vanta 11 monumenti e 3 musei, tra cui spicca la Torre dell'Erede, mentre a pochi chilometri si trova il sito UNESCO di Bologna. L'indice di vecchiaia è alto (242) e il saldo naturale negativo (-54), riflesso di una popolazione che invecchia.
