Stammheim liegt im nordöstlichen Teil des Kantons Zürich, im Zürcher Weinland nahe der Grenze zum Kanton Thurgau. Die Gemeinde erstreckt sich über eine glaziale Landschaft mit Drumlins und umfasst mehrere Ortsteile wie Ober- und Unterstammheim, Waltalingen und Guntalingen. Der Stammerberg prägt das nördliche Gebiet, während der Stammerberg und das Stammertal das Bild der Region bestimmen.
Die heutige Gemeinde entstand durch den Zusammenschluss ehemaliger politischer Gemeinden. Ursprünglich waren es drei selbstständige Orte, die sich zu einer größeren Einheit verbanden. Wirtschaftlich war die Region lange von Landwirtschaft und Weinbau geprägt, was sich noch heute in der Nutzung der Flächen widerspiegelt.
Besonders bekannt ist Stammheim für seine gut erhaltenen historischen Bauwerke. Dazu zählen mittelalterliche Fresken in der Galluskapelle und der reformierten Kirche, ein seit 1530 genutztes Gemeindehaus sowie Schlösser wie Schwandegg und Girsberg. Die Gemeinde gilt als eines der besterhaltenen Riegelbaudörfer der Schweiz, wo Umbauten im Ortskern bewusst vermieden werden. Ein Aussichtsturm auf dem Stammerberg bietet zudem einen weiten Blick über die Landschaft.
