Pfaffenheim liegt in der Oberrheinebene am Ostrand der Vogesen auf 200 Metern Meereshöhe, etwa 14 km südwestlich von Colmar und etwa 32 km nördlich von Mülhausen. Östlich des Dorfes fließt die Lauch. Der nächstgrößere Ort ist Rouffach in südlicher Richtung. Das Gemeindegebiet umfasst 14,57 km². Die höchste Erhebung des Ortes erreicht eine Höhe von 843 m. Im Westen liegt der Forêt communale de Pfaffenheim, der mit dem Forêt communale de Westhalten eine Einheit bildet. Das Gemeindegebiet gehört zum Regionalen Naturpark Ballons des Vosges.
Die Kirche St.-Martin wurde ursprünglich um 1235 errichtet. Aus dieser Zeit ist noch der Chor im romanisch-gotischen Übergangsstil erhalten. Das Kirchenschiff wurde 1893 auf den Fundamenten eines baufällig gewordenen Vorgängerbaus errichtet, der Kirchturm stammt aus dem 20. Jahrhundert. In der Kirche befindet sich eine Orgel der französischen Orgelbauer Joseph und Claude-Ignace Callinet aus dem 19. Jahrhundert.
Die Wallfahrtskapelle Notre-Dame-du-Schauenberg ist eine Marien-Wallfahrtsstätte, sie liegt etwa fünf Kilometer nordwestlich des Ortes im Wald mit gutem Ausblick in die Oberrheinebene. Die Kapelle wurde 1440 erbaut und 1515 erweitert.
Der Weinbau spielt in Pfaffenheim eine herausragende Rolle. Große Flächen sind mit Reben bepflanzt. Der Ort ist eine der 33 Gemeinden im Oberelsass, die an der Alsace Grand Cru beteiligt sind (zusammen mit dem südlich gelegenen Westhalten die Lage Steinert). Ein Weinlehrpfad – nach Angaben der Gemeinde der älteste im Elsass – informiert auf einer zweistündigen Tour über dieses Thema. Der Ort ist auch für seine Esskastanien aus den umliegenden Wäldern bekannt.
Östlich der Stadt verläuft die vierspurig ausgebaute Départementsstraße D 83 und eine Eisenbahnlinie der SNCF. Die nächste Bahnstation ist in Rouffach.