Die Gemeinde Vettweiß liegt im Südosten des Kreises Düren und grenzt mit einem kleinen Stück an den Rhein-Erft-Kreis mit der Stadt Erftstadt sowie an den Kreis Euskirchen mit der Stadt Zülpich im Osten, im Südwesten und Westen an die Gemeinden Nideggen und Kreuzau, im Norden an die Gemeinde Nörvenich.
Vettweiß liegt in der Zülpicher Börde und grenzt an die Nordeifel. Mitten durch die Gemeinde fließt der Neffelbach, den ein Landschaftsschutzgebiet an beiden Ufern umrahmt.