Elxleben liegt an der Wipfra circa zehn Kilometer nordöstlich von Arnstadt. Die thüringische Landeshauptstadt Erfurt befindet sich circa zehn Kilometer nördlich der Gemeinde. Elxleben gehört der Verwaltungsgemeinschaft Riechheimer Berg an. Der Verwaltungssitz befindet sich in der Gemeinde Osthausen-Wülfershausen. Elxleben grenzt an die Gemeinden Amt Wachsenburg, Elleben und Alkersleben.