Zehlendorf liegt zwischen Lichterfelde, Dahlem und Nikolassee und ist ein Ortsteil des südwestlichsten Berliner Bezirks Steglitz-Zehlendorf. Im Norden grenzt außerdem ein Stück Grunewald an, im Süden und Südwesten die zum Landkreis Potsdam-Mittelmark gehörenden Gemeinden Teltow und Kleinmachnow. Bedeutende Straßen in Zehlendorf sind die Straßenzüge Potsdamer Chaussee – Potsdamer Straße – Berliner Straße (Teil der B1 von Aachen nach Küstrin-Kietz), Teltower Damm – Clayallee, Argentinische Allee – Lindenthaler Allee – Lloyd-G.-Wells-Str. – Benschallee, Sven-Hedin-Str. – Schützallee, Clauertstr. – Ludwigsfelder Str. – Sachtlebenstr.; außerdem Machnower Straße, Fischerhüttenstraße, Onkel-Tom-Straße, Riemeisterstraße, Matterhornstraße und Am Schlachtensee. Bedeutendster Platz in Zehlendorf ist der Mexikoplatz, der als einer der besonders schönen Plätze Berlins gilt.

Ganz oder zum Teil auf Zehlendorfer Gebiet liegen die Ortslagen bzw. Siedlungen Düppel, Schlachtensee, Schönow, Onkel Toms Hütte sowie das Riemeisterfenn und das Fischtal. Auch ein Teil des Grunewalds gehört zum Ortsteil Zehlendorf.

Der Ursprung des Dorfes Zehlendorf liegt im Nordwesten des Ortsteils nahe den Seen (Schlachtensee, Krumme Lanke, Waldsee, Vierling). 1872 wurde das Dorf mit dem südlichen Nachbardorf Schönow zur Landgemeinde Zehlendorf vereinigt. Zum Zeitpunkt der Eingemeindung nach Berlin am 1.10.1920 war Zehlendorf so weit gewachsen, dass nicht nur der Ortsteil, sondern auch der damalige Bezirk den Namen erhielt, der bis zur Jahrtausendwende existierte und die Ortsteile Zehlendorf, Nikolassee, Dahlem und Wannsee enthielt. Am 1.1.2001 wurde der Bezirk mit seinem Nachbarbezirk Steglitz (bestehend aus den Ortsteilen Steglitz, Lankwitz und Lichterfelde) zum heutigen Bezirk Steglitz-Zehlendorf zusammengeschlossen.

Im Volksmund wird die Bezeichnung Zehlendorf heute noch oft für das Gebiet des ehemaligen Bezirks verwendet, beispielsweise wenn vom Ortsteil Wannsee die Rede ist (der aber nicht einmal mit Zehlendorf benachbart ist). Das mag vielen egal erscheinen, kann aber von Nachteil sein, beispielsweise wenn in einem Notfall eine Polizeiwache gesucht wird. In der Königstraße in Zehlendorf ist eine zu finden. Wird aber Zehlendorf mit Wannsee verwechselt, wo es eine größere und bekanntere Königstraße gibt, wird die Suche erfolglos sein. Auch offizielle, historische  Bezeichnungen wie „Waldfriedhof Zehlendorf“ (der in Nikolassee liegt) befördern die veraltete Nomenklatur. Die westliche Begrenzung Zehlendorfs zu Nikolassee hin folgt folgendem Verlauf: Vom Adam-Kuckhoff-Platz (Kleinmachnow) die stillgelegte Stammbahn an der Berlepschstraße entlang, Clauertstr., Lindenthaler Allee, Spanische Allee, Breisgauer Straße, geradeaus weiter durch den S-Bahnhof Schlachtensee und das gleichnamige Gewässer, nach Nordwesten durch ein Waldstück, dann an der Wetzlarer Bahn (neben der AVUS) entlang bis zum Hüttenweg. Von dort bis zur Koenigsallee bildet der Hüttenweg die Grenze Zehlendorfs nach Grunewald (Bezirk Charlottenburg-Wilmersdorf). Die nordöstliche Grenze von Zehlendorf (zu Dahlem) folgt erst der Onkel-Tom-Straße bis zum Fenngraben, dann nördlich der Rodelbahn Onkel Toms Hütte durch den Wald, entlang dem Holzungsweg, 70 Meter die Argentinische Allee entlang, Waltraudstraße, Sundgauer Straße, Schützallee und schließlich die östlichsten 100 Meter der Berliner Straße bis zur Thielallee. Die östliche Zehlendorfer Grenze zu Lichterfelde bildet der Straßenzug Dahlemer Weg – Wupperstraße, von dort der Beeskowdamm und die südlichsten 500 Meter des Teltower Damms. Anschließend bildet der Teltowkanal bis knapp westlich der Sachtlebenstraße die Stadtgrenze zu Teltow. Von dort nach Norden (am Buschgraben entlang parallel zur Sachtlebenstraße) bis zur Ludwigsfelder Straße und dort nach Westen abknickend an der Neuruppiner Straße entlang verläuft die Stadtgrenze zu Kleinmachnow.