Königsbronn liegt am östlichen Ende der Schwäbischen Alb der so genannten Ostalb. Der Hauptort liegt wie der Teilort Itzelberg im Brenztal, während der höher gelegene Teilort Zang auf dem Albuch westlich des Tals und Ochsenberg auf dem Härtsfeld östlich des Tals liegen. In Königsbronn entspringt die Brenz, die bei Lauingen in die Donau mündet. Nördlich der Gemeinde an der Grenze zur Nachbarstadt Oberkochen verläuft die Europäische Wasserscheide, die die Abflussgebiete Richtung Rhein und Nordsee vom Abflussgebiet Richtung Donau und Schwarzes Meer trennt.

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