Langenzersdorf liegt im Weinviertel in Niederösterreich. Der Ort erstreckt sich am nördlichen Donauufer im Bereich der Wiener Pforte und liegt somit genau zwischen Donau und Bisamberg. Die Fläche der Marktgemeinde umfasst 10,68 Quadratkilometer. 14,66 Prozent der Fläche sind bewaldet.

Das nördliche Ende der künstlich angelegten Wiener Donauinsel befindet sich in der Nähe von Langenzersdorf. Die Insel wird durch das Einlaufbauwerk Langenzersdorf von der Donau abgetrennt und stellt einen wesentlichen Bestandteil des Wiener Hochwasserschutzes dar. Die Schleuse wurde 1975 im Zuge der Wiener Donauregulierung errichtet.