Secara geografis Desa Penambuhan merupakan bagian yang berada di daerah Kecamatan Margorejo Kabupaten Pati. Wilayah Desa Penambuhan terdiri dari tanah liat yang berjenis hitam yang labil. Desa Penambuhan adalah sebuah desa terletak pada dataran rendah yang diapit oleh bentangan sawah-sawah. Letak Geografis di Desa Penambuhan Kecamatan Margorejo Kabupaten Pati memiliki luas wilayah 295,125 Ha yang terdiri atas lahan persawahan seluas 267,525 Ha dan lahan bukan persawahan seluas 27,600 Ha. Jarak dari Pusat Pemerintahan Desa yakni 6 Km dan jarak dari Ibukota Kabupaten sekitar 7 Km. 

Adapun batas-batas wilayah yang terdapat pada Desa Penambuhan sebagai berikut: Sebelah Utara : Desa Margorejo, Sebalah Selatan : Desa Silugonggo, Sebelah Barat : Desa Ngawen, Sebelah Timur : Desa Langenharjo.

Kondisi Geografis di Desa Penambuhan mempunyai ketinggian tanah 45 mdpl dengan suhu udara rata-rata 30 C yang terdapat dua musim, yakni musim hujan dan musim kemarau. Banyaknya curah hujan setiap tahunnya yang ada di Desa Penambuhan yaitu 15 mm. Jalan yang dilalui untuk menuju Desa ini melewati beberapa Desa terlebih dahulu atau juga bisa melewati jalan pantura, kemudian melewati area persawahan dengan beraspal lumayan baik.

Letak Desa Penambuhan yang jauh dari keramaian yang membuat lingkungannya tenang dan asri. Desa tersebut yang dihuni oleh masyarakat sebagian besar bermata pencaharian sebagai petani dengan komoditas utama, yakni padi, tebu, palawija, dan sayur-sayuran.