Село Патлаївка знаходиться на правому березі річки Ворскла, вище за течією примикає село Сем'янівка, нижче за течією примикає місто Полтава. Річка в цьому місці звивиста, утворює лимани, стариці та заболочені озера. Поруч проходить автомобільна дорога Н12. До села прилягають великі масиви садових ділянок.