Das in Ostthüringen in Form eines Rundlings liegende Mertendorf befindet sich in einer Entfernung von 7 km von der Stadt Schkölen und der Grenze zu Sachsen-Anhalt. Die Entfernung zu Jena beträgt 20 km, zu Gera 25 km, zu Zeitz 30 km und zu Naumburg 25 km. Der Ort liegt direkt an der Landstraße 1070 zwischen Hermsdorf und Camburg in der Nähe des Tautenburger Walds.