La commune de Villedieu, traversée par le 45^e parallèle nord, est de ce fait située à égale distance du pôle Nord et de l'équateur terrestre (environ 5 000 km).

Les habitants du village de Villedieu vivent sur une superficie totale de 19 km² avec une densité de 30 hab./km² et une moyenne d’altitude de 940 m. Villedieu est située au sud-ouest de Saint-Flour. Placée au cœur du Massif central, Villedieu se trouve entre le Caldaguès et la planèze de Saint-Flour, haut plateau formé par l'ancien volcan du Cantal. Les communes voisines sont Saint-Flour, Roffiac, Tanavelle, Les Ternes, Sériers et Alleuze. Elle est traversée par le ruisseau des Ternes.