Villasimius si estende dalla catena montuosa dei Sette Fratelli (a nord-ovest) sino alle coste del promontorio di Capo Carbonara (sud-est). Le montagne occupano il lato occidentale del territorio; di particolare importanza è il monte Minni Minni con un'altitudine di circa 500 metri. A ovest del promontorio di Capo Carbonara sono presenti la spiaggia di Campulongu e il porto turistico, mentre nel versante orientale si trovano lo stagno di Notteri e le spiagge di Simius e Porto Giunco. A Villasimius appartengono anche due isole: l'isola dei Cavoli e l'isola di Serpentara. Il centro urbano di Villasimius è collocato a circa 1,5 km dalla spiaggia Simius