Hofheim-Wallau liegt im Main-Taunusvorland an der Grenze zum Vordertaunus im Tal des Wickerbachs, der mitten durch den Ort fließt. Er liegt in unmittelbarer Nachbarschaft zu den Stadtteilen Breckenheim, Nordenstadt und Delkenheim der hessischen Landeshauptstadt Wiesbaden, die die Ortslage von Norden, Westen und Süden umgeben.
Die Wallauer Gemarkung wird im Osten von der Bundesautobahn 3 und im Süden von der Bundesautobahn 66 durchschnitten, die durch das in unmittelbarer Nähe gelegene Wiesbadener Kreuz miteinander verknüpft sind. Diese beiden wichtigen und verkehrsreichen Bundesfernstraßen in unmittelbarer Nähe der Ortslage stellen zwar eine ökologische und stadtplanerische Beeinträchtigung dar, durch die Anschlussstellen Wallau und Diedenbergen der A 66 wurde der Ort aber zu einem begehrten, weil verkehrsgünstig gelegenen Gewerbestandort. Ohne den Anschluss an die Autobahn hätte sich das östlich der A 3 gelegene Gewerbegebiet Wallau-Ost von den 1970er Jahren an nicht so gut entwickeln können, dass es mit seinen rund 500.000 Quadratmetern Fläche die Fläche der Wallauer Wohngebiete übertrifft.
Im Südosten der Gemarkung verlaufen darüber hinaus die Eisenbahntunnel Wandersmann Süd (795 m) und Wandersmann Nord (1,1 km). Nach Fertigstellung dieses Bauprojekts konnte die Ostumgehung zur Entlastung des innerörtlichen Verkehrs verwirklicht werden. Sie führt den Verkehr von der Anschlussstelle Wallau im Süden um den Ortskern herum, unter der A 3 hindurch und über die Schnellfahrstrecke Köln–Rhein/Main hinweg zum dort gelegenen Gewerbegebiet und Richtung Diedenbergen, Langenhain und Breckenheim.