Althengstett liegt in 450 bis 606 Meter Höhe im östlichen Nordschwarzwald in geringer Entfernung zum Landschaftsschutzgebiet Hecken- und Schlehengäu. Althengstett ist damit die höchstgelegene Gemeinde im Landkreis Calw östlich der Nagold. Das Köpfle stellt mit einer Höhe von 606 m die höchste natürliche Erhebung im Landkreis Calw östlich der Nagold dar. Die Althengstetter Erddeponie ist zwar deutlich höher, sie wurde jedoch künstlich aufgeschüttet. Am südöstlichen Ortsrand der Gemeinde befindet sich die Quelle des Tälesbachs, eines rechten Zuflusses der Nagold, der verdolt unter Althengstett hindurchfließt und am westlichen Ortsrand wieder an die Oberfläche geleitet wird.