Neinstedt liegt am nordöstlichen Rand des Harzes, etwa drei Kilometer östlich von Thale.
Durch den Regenschatten des Harzes fällt vergleichsweise wenig Niederschlag. Das langjährige Mittel im Zeitraum 1961–1990 betrug 525 mm; das benachbarte Quedlinburg kommt auf lediglich 438 mm.