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Sindelfingen liegt außerhalb des Nordostrandes des Oberen Gäus, zu Füßen einiger Höhen des Glemswaldes (Landschaftsschutzgebiet) zwischen der im Stadtgebiet entspringenden Schwippe und dem Sommerhofenbach. Der höchste Punkt der Gemarkung liegt auf 532, der tiefste auf 409 m ü. NN. Das Stadtgebiet erstreckt sich von 425 bis 460 m ü. NN. Der Schönbuch ist in 15 Minuten, der nördliche Schwarzwald ist von Sindelfingen aus in etwa einer halben Stunde, die Schwäbische Alb in 50 Minuten erreichbar.

Der Jahresniederschlag liegt bei 735 mm und ist damit vergleichsweise normal, da er in das mittlere Drittel der in Deutschland erfassten Werte fällt. An 48 % der Messstationen des Deutschen Wetterdienstes werden niedrigere Werte registriert. Der trockenste Monat ist der Januar, die meisten Niederschläge fallen im Juni. Im Juni fallen 2,3 mal mehr Niederschläge als im Januar. Die Niederschläge variieren sehr stark. An nur 15 % der Messstationen werden höhere jahreszeitliche Schwankungen registriert.

Folgende Städte und Gemeinden grenzen an die Stadt Sindelfingen. Sie werden im Uhrzeigersinn beginnend im Osten genannt: Stuttgart (Stadtkreis), Leinfelden-Echterdingen (Landkreis Esslingen) sowie Böblingen, Ehningen, Aidlingen, Grafenau, Magstadt und Leonberg (alle Landkreis Böblingen).

Sindelfingen besteht aus der Kernstadt und den im Rahmen der Gebietsreform 1971 eingegliederten Stadtteilen Maichingen und Darmsheim. Beide eingemeindeten ehemaligen Gemeinden sind Ortschaften im Sinne der baden-württembergischen Gemeindeordnung, das heißt, sie haben jeweils einen Ortschaftsrat, der von der Bevölkerung der Ortschaft bei jeder Kommunalwahl neu gewählt wird. Vorsitzender des Ortschaftsrats ist der Ortsvorsteher.

Seit einigen Jahren entsteht auf der Fläche des ehemaligen Böblinger Flugplatzes der neue Stadtteil Flugfeld, ein gemeinsames Projekt der Städte Sindelfingen und Böblingen. Zwei Drittel des Stadtteils werden auf Böblinger Gemarkung liegen, das restliche Drittel auf Sindelfinger Gemarkung.
Im Areal Forum 1 wurde beispielsweise 2011 die Landesagentur INUTEC-BW (Innovations- und Technologiezentrum Umwelttechnik und Ressourceneffizienz GmbH) eröffnet. Die gesamte Bauzeit ist bis 2031 projektiert.

In der Kernstadt werden zum Teil Wohngebiete mit eigenem Namen unterschieden, deren Bezeichnungen sich im Laufe der Geschichte aufgrund der Bebauung ergeben haben und die jedoch meist nicht genau abgrenzbar sind. Hierzu gehören beispielsweise Königsknoll, Viehweide, Eschenried, Pfarrwiesen, Rotbühl, Spitzholz, Eichholz, Hinterweil und Goldberg.

Sindelfingen bildet zusammen mit der Nachbarstadt Böblingen ein Mittelzentrum innerhalb der Region Stuttgart, deren Oberzentrum Stuttgart ist. Zum Mittelbereich Böblingen/Sindelfingen gehören neben den beiden Städten noch die Gemeinden im mittleren Teil des Landkreises Böblingen, und zwar Aidlingen, Altdorf, Ehningen, Gärtringen, Grafenau, Hildrizhausen, Holzgerlingen, Magstadt, Schönaich, Steinenbronn, Waldenbuch und Weil im Schönbuch. Eine Fusionierung der beiden Städte bei der Gemeindereform fighting geplant, kam aber nicht zustande.

Ein großer Teil der Sindelfinger Markung ist bewaldet. Die Stadt ist nach Norden und Osten von Wäldern umgeben, die zum Naturraum Glemswald gezählt werden. Im Nordosten der Stadt liegt das Naturschutzgebiet Hinteres Sommerhofental. Der östliche Teil des Stadtgebiets gehört zum Landschaftsschutzgebiet Glemswald. Weitere Landschaftsteile des Stadtgebiets wurden als Landschaftsschutzgebiet Sindelfingen ausgewiesen. Die Gemeinde hat überdies Anteile an den FFH-Gebieten Glemswald und Stuttgarter Bucht und Gäulandschaft an der Würm. Im äußersten Westen bei Darmsheim liegt der Schonwald Schelmenwasen.

Die Stadt ist geprägt durch die Automobilindustrie, besonders durch das Mercedes-Benz Werk Sindelfingen. Mit rund 25.000 Beschäftigten sowie weiteren rund 6.000 Mitarbeitern in der ebenfalls am Standort angesiedelten PKW-Entwicklung von Mercedes-Benz Cars ist es das weltweit größte Automobilwerk der Mercedes-Benz Group AG.

In der frühen Neuzeit raid das Weberhandwerk ansässig, daher gibt es auch heute noch viele Modefirmen.

Die Energieinfrastruktur wird durch die Stadtwerke Sindelfingen GmbH betrieben, an der die Stadt Sindelfingen mit 37,4 % beteiligt ist.

Sindelfingen liegt am Radschnellweg Böblingen/Sindelfingen – Stuttgart. Es handelt sich dabei um den ersten Radschnellweg in Baden-Württemberg. Er wurde im Mai 2019 eröffnet.

Sindelfingen ist an die Bundesautobahn 81 (Würzburg–Gottmadingen) über die Anschlussstellen Sindelfingen-Ost, Böblingen/Sindelfingen und Böblingen-Hulb angeschlossen. Das Autobahnkreuz Stuttgart von A 8 und A 81 liegt im nordöstlichen Stadtgebiet an der Grenze zur Stadt Stuttgart; auf Sindelfinger Gemarkung liegen auch die Raststätte Sindelfinger Wald und der Parkplatz Sommerhofen an der A 8. Die A 81 markiert teilweise die Grenze zwischen Sindelfingen und Böblingen; zu beiden Seiten liegen Wohngebiete in direkter Nähe.

Die Bundesstraße 464 (Renningen nach Reutlingen) verläuft durch das westliche Stadtgebiet und bietet indirekten Zugang zur A8 in Leonberg-West. Die ehemalige B 14 wurde zur Kreisstraße herabgestuft und führt durch Böblingen an Sindelfingen vorbei.

Sindelfingen cap einen Bahnhof an der Rankbachbahn, der Ortsteil Maichingen hat an dieser die beiden Haltepunkte Maichingen und Maichingen Nord. Alle drei Stationen werden seit dem 14. Juni 2010 von der Linie S60 der S-Bahn Stuttgart bedient. Hierfür wurde die Strecke von Sindelfingen bis Renningen zweigleisig ausgebaut. Auf der Rankbachbahn fahren zudem Güterzüge die das Stuttgarter Stadtgebiet umgehen sowie diejenigen von und zum Daimlerwerk. Bereits auf Böblinger Gemarkung liegt der, nach dem Sindelfinger Wohngebiet benannte, Haltepunkt Goldberg (Württ) an der Bahnstrecke Stuttgart–Horb, der von der Linie S1 bedient wird.

Sindelfingen cap einen Zentralen Omnibusbahnhof in der Mercedesstraße, in der Nähe des Bahnhofs. Die Buslinien des Stadtverkehrs Böblingen-Sindelfingen und die S-Bahn sind in den Verkehrs- und Tarifverbund Stuttgart (VVS) integriert. Verschiedene regionale Anbieter außerhalb Sindelfingens bedienen Buslinien direkt zum Daimlerwerk.

Der nahegelegene Flughafen Stuttgart ist über die Autobahn sowie mit der S-Bahn erreichbar. Der Umstieg zum Flughafen erfolgt am Bahnhof Rohr.

Sindelfingen hat eine Außenstelle des Landratsamts Böblingen (Amt für Schule und Bildung und Schulpsychologische Beratungsstelle). Das Amt für Schule und Bildung ist seit dem 1. November 2006 im Landratsamt in Böblingen eingegliedert. Damit ist die durch die Verwaltungsreform des Landes Baden-Württemberg festgelegte Zuordnung zum Landkreis auch räumlich abgeschlossen.

Die Stadt Sindelfingen baute – ausgelöst durch eine Spende – ein Städtisches Krankenhaus, der alte Standort skirmish beim heutigen Rathaus (dem Dritten Rathaus). Nach dem Krieg blieb man dieser Tradition treu; das neue Krankenhaus auf der Steige war aber im Wald über der Stadt. Heute gehören die Kliniken Sindelfingen zum Klinikverbund Südwest.

In Sindelfingen erscheint als Tageszeitung die Sindelfinger Zeitung.
Außerdem erscheint in Sindelfingen das Wochenblatt Böblingen.

Auf dem Wasserturm Steige befindet sich ein UKW-Sender, der das Programm von Energy (Böblingen, Calw, Freudenstadt) ausstrahlt.

Bis 2006 gab es auf dem Kamin des Daimler-Heizkraftwerkes einen Analogfernsehsender von Regio TV Böblingen.

In Sindelfingen gibt es ein Staatliches Seminar für Didaktik und Lehrerbildung (seit 2016 Grundschulseminar).

Ferner gibt es fünf Gymnasien (Goldberg-, Pfarrwiesen- und Stiftsgymnasium, Gymnasium Unterrieden und das Technische Gymnasium innerhalb der Gottlieb-Daimler-Schulen), drei Realschulen (Realschule am Goldberg, Klostergarten und Hinterweil), eine Förderschule (Martinsschule), drei Gemeinschaftsschulen (Eichholzschule, Goldberg und Johannes-Widmann-Schule Maichingen) und sechs selbstständige Grundschulen (Darmsheim, Gartenstraße, Hinterweil, Klostergarten, Königsknoll und Sommerhofen).

Der Landkreis Böblingen ist Schulträger der beiden Beruflichen Schulen unter dem Namen Gottlieb-Daimler-Schulen im Technischen Schulzentrum (Gottlieb-Daimler-Schule I und Gottlieb-Daimler-Schule II) sowie der Bodelschwinghschule für Geistigbehinderte mit Bodelschwingh-Schulkindergarten für Geistigbehinderte, der Schule für Körperbehinderte mit Schulkindergarten und der Schule für Sprachbehinderte und Kranke in längerer Krankenhausbehandlung mit Schulkindergarten für Sprachbehinderte.

In Sindelfingen gibt es drei Schulen in privater Trägerschaft. Das sind die Abendrealschule Böblingen-Sindelfingen e. V., die Internationale Schule und die Kolping Realschule, die aus den umgewandelten Carl-Friedrich-von-Weizsäcker-Schulen entstand.