Arrosée par la Sauer et l'Eberbach, Leutenheim se situe dans le Bas-Rhin, au sein de la Collectivité européenne d'Alsace, en région Grand Est. La commune est limitrophe de Betschdorf, Forstfeld, Haguenau, Kauffenheim, Rittershoffen, Roppenheim, Rountzenheim-Auenheim et Rœschwoog. Dans le bassin versant du Rhin, au sein du bassin Rhin-Meuse, elle est drainée par la Sauer et par les ruisseaux de l'Eberbach, du Klostergraben, du Landallemendgraben et du Rennel. La Sauer, longue de 64 km, naît à Lembach et rejoint le Rhin à Munchhausen après avoir traversé 19 communes. L'Eberbach, long de 44 km, prend sa source à Gundershoffen et se jette dans la Sauer à Forstfeld ; une station hydrologique installée sur la commune suit son débit. Le territoire relève du schéma d'aménagement et de gestion des eaux « Ill Nappe Rhin », consacré à la nappe phréatique rhénane et aux cours d'eau de la plaine d'Alsace. Pour signaler une rue abîmée, un lampadaire éteint, un dépôt sauvage ou un défaut d'entretien des espaces verts, les habitants transmettent leur demande à la mairie de Leutenheim via Signaleo.

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