Großthiemig liegt

auf der südlichen Seite des Urstromtals der Schwarzen Elster,

im südöstlichen Teil des Landkreises Elbe-Elster ,

im äußersten Süden des Bundeslandes Brandenburg ,

in unmittelbarer Nähe der Stadt Elsterwerda

sowie an der Landesgrenze zu Sachsen.

Zu erreichen ist Großthiemig über die BAB 13, Abfahrt Ortrand, über die B 101 bis Wainsdorf, von dort weiter in Richtung Ortrand oder über die B 169 bis Plessa in Richtung Hirschfeld und dort weiter in Richtung Ortrand.