Buethwiller est une commune rurale de la partie nord du Sundgau, située à 6 km de Dannemarie, 10 km d'Altkirch et une vingtaine de kilomètres au sud-ouest de Mulhouse. Les commune limitrophes sont à partir du nord et dans le sens des aiguilles d'une montre : Falkwiller, Balschwiller, Eglingen, Hagenbach, Gommersdorf, Wolfersdorf, Traubach-le-Bas et Traubach-le-Haut. La commune est desservie par la route départementale 25 (de trafic local uniquement) qui se raccorde sur la RD 103 qui conduit de Dannemarie à Burnhaupt-le-Bas. L'autoroute A36 "la Comtoise" se trouve à 8 km. La gare la plus proche est celle de Dannemarie sur la ligne Mulhouse-Altkirch-Belfort. La Largue arrose la partie sud du ban communal à quelques centaines de mètres du canal du Rhône au Rhin qui marque quasiment la limite sud du ban. Le relief, constitué de collines aux pentes douces n'est pas très accentué. Le point culminant de la commune à 317 mètres se trouve dans la forêt du Buchwald à l'ouest. L'occupation du sol des zones non bâties est dominée par les cultures céréalières et les prairies. La partie sud, autour de la Largue, constitue une zone humide relativement préservée et est recensée comme "zone d'intérêt écologique et paysager" (définie par le plan des espaces naturels du Haut-Rhin). Cette même zone est également classée "zone humide remarquable" et "site d'intérêt communautaire" par le réseau Natura 2000 au titre de la directive habitats. Elle fait également partie du Plan de Prévention des Risques (PPR) "Inondations". Le périmètre du risque d'inondation a été arrêté par le préfet pour l'ensemble de la vallée de la Largue en 1998. Par ailleurs, la commune est soumise au risque sismique (classée Ib - risque moyen). Une couronne de vergers "hautes tiges", plus à vocation de réserve foncière que de production vivrière, ceinture le village et fait office de zone tampon avec les cultures céréalières.