В рамках организации местного самоуправления входит в Курбское сельское поселение; в рамках административно-территориального устройства включается в Меленковский сельский округ в качестве его центра[2][3].
Находится в центральной части[4] области, в зоне хвойно-широколиственных лесов[5], при автодороге 78Н-0932, 7 километрах к юго-западу от южной границы города Ярославля. Посёлок делит пополам железнодорожная ветка.
Климат характеризуется как умеренно континентальный, с умеренно холодной зимой и относительно тёплым влажным летом[4]. Среднегодовая температура воздуха — +3,5 °C. Средняя температура воздуха самого холодного месяца (января) — −11,1 °C (абсолютный минимум — −46 °C); самого тёплого месяца (июля) — +18,2 °C (абсолютный максимум — +38 °C). Безморозный период длится около 214 дней. Годовое количество атмосферных осадков составляет около 646 миллиметров, из которых большая часть (около 70 %) выпадает в тёплый период. Устойчивый снежный покров держится около 151 дня. Среднегодовая скорость ветра — 4,7 м/с[4].
С 2001 года административный центр Меленковского сельсовета. Постановлением Государственной Думы Ярославской области от 31.10.2001 № 239 административный центр был перенесён из деревни Меленки в посёлок Козьмодемьянск[6].
В советское время существовала ферма и окружная железная дорога, соединяющая посёлок со станцией Тенино[11].
Козьмодемьянск расположен в 2,8 км от Московского шоссе автодороги «Ярославль — Шопша» и в 4,6 км от Ярославского шоссе автодороги М-8 «Холмогоры». До посёлка идёт асфальтовая дорога.