Burladingen liegt auf etwa 722 Metern Höhe in einer Talspinne der Schwäbischen Alb, wo sich die Mittlere Schwäbische Alb zur Hohen Schwabenalb verengt. Das Flüsschen Fehla entspringt hier und fließt durch Gauselfingen ostwärts zur Lauchert, während die Starzel im Westen in Richtung Neckar entwässert. Die Europäische Hauptwasserscheide verläuft unweit der Kernstadt, und die Ortsteile Hausen, Starzeln und Killer liegen bereits im Neckar-Einzugsgebiet.
Erste Spuren menschlicher Besiedlung reichen bis in die Bronze- und Eisenzeit zurück, später folgten Kelten und Römer, die hier ein Kastell und eine Zivilsiedlung anlegten. Das alamannische Burladingen entstand vermutlich im 4. Jahrhundert und wurde 772 erstmals urkundlich erwähnt. Im Mittelalter wechselte der Ort mehrfach zwischen Hohenzollern und Württemberg, bis er 1473 an die Grafschaft Zollern-Hechingen fiel. Seit dem 15. Jahrhundert besaß Burladingen Marktrecht, und 1544 wurde ein eigenes Amt eingerichtet.
Die Stadt ist von zahlreichen Burgruinen umgeben, darunter die Reste der Burg Burladingen bei der Georgskirche und die Ruine Hohenmelchingen. Mehrere Naturschutzgebiete wie das Scharlenbachtal oder der Kornbühl prägen die Landschaft. Die heutige Stadt entstand 1978 durch Zusammenlegung mehrerer Gemeinden, darunter Melchingen und Stetten unter Holstein, die erst 1973 bzw. 1974 eingemeindet wurden.
