Die bewaldete Berglandschaft liegt rund 40 km nordnordöstlich von Stuttgart und etwa 20 km ostsüdöstlich von Heilbronn zwischen der Hohenloher Ebene im Norden, dem Mainhardter Wald im Nordosten, dem Murrhardter Wald im Südosten, der Backnanger Bucht im Süden und dem Neckarbecken im Westen. Die Heilbronner Berge und die Sulmer Bergebene setzen die Löwensteiner Berge nach Nordwesten fort und reichen mit den südlichen Heilbronner Bergen bis nach Weinsberg und Heilbronn und mit der nördlichen Sulmer Bergebene über Bretzfeld, Eberstadt, Langenbrettach, Erlenbach bis nach Neckarsulm. Am Nordrand des Höhenzugs liegen die Orte Löwenstein und Obersulm, im Osten Wüstenrot und Spiegelberg, im Süden Sulzbach an der Murr, Oppenweiler, Backnang und Aspach, am Westrand Oberstenfeld, Beilstein, Abstatt, Untergruppenbach und Lehrensteinsfeld. Nach Süden, Westen und Norden markieren mächtige Keuperschichtstufenränder augenfällig die Grenzlinien zur Backnanger Bucht, zum Neckarbecken und zur Hohenloher Ebene. Das Tal der Murr zwischen Sulzbach und Oppenweiler trennt die Löwensteiner Berge vom Murrhardter Wald. Die Grenze zum östlichen Nachbarraum Mainhardter Wald ist im Gelände nicht offensichtlich, sie verläuft ungefähr von Nord nach Süd, erst das Tal des zur Brettach ziehenden Gabelbachs hoch, dann über den Wohnplatz Chausseehaus an der Bundesstraße 39 hinüber bis zur Wasserscheide des Höhenrückens zwischen Lauter im Westen und Fischbach im Osten, der sie im Weiteren folgt. In den dünn besiedelten Löwensteiner Bergen selbst liegen nur wenige, kleine Siedlungen. Die höchste Erhebung der Löwensteiner Berge ist der bewaldete Raitelberg westlich von Wüstenrot, etwas nördlich liegt der 559 m hohe Stangenberg. Auch der ebenfalls bewaldete Horkenberg zwischen Löwenstein und Wüstenrot mit 549 m Höhe ist recht hoch. Der zu Beilstein und Löwenstein gehörende Stocksberg (538,9 m) wie auch der Juxkopf (533,1 m) bei Spiegelberg mit dem Juxkopfturm gewähren weite Aussicht. Im Westen liegt im zu Heilbronn gehörenden Waldgebiet der Heilbronner Berge der 372,8 m hohe Schweinsberg; auf diesem stehen der Aussichtsturm Schweinsbergturm, der Fernmeldeturm Heilbronn und der Hochbehälter Schweinsberg der Bodensee-Wasserversorgung. Im Süden, schon im Übergangsbereich zum Mainhardter Wald, erreichen bewaldete Schwarzjurakuppen zwischen Lauter- und Fischbachtal Höhen von bis zu 565,7 m (Steinberg südlich von Wüstenrot). Geologisch gehören die Löwensteiner Berge zur Germanischen Trias des Erdmittelalters und sind dem Keuper zuzurechnen, also vor etwa 220 Millionen Jahren entstanden. Die höchsten Erhebungen sind isolierte Schwarzjurakuppen, die dem Knollenmergel aufliegen.
