Marxheim liegt im schwäbischen Landkreis Donau-Ries, wo die Donau den Lech aufnimmt und der Ort selbst im Naturpark Altmühltal eingebettet ist. Das Gemeindezentrum befindet sich auf etwa 405 Metern Höhe, während die Landschaft zwischen 395 und 560 Metern schwankt. Die Gemeinde umfasst sechs Gemarkungen mit zwölf Gemeindeteilen, darunter Marxheim selbst, Bruck, Gansheim und Graisbach. An der Donau und ihren Altwässern prägen naturbelassene Abschnitte das Bild, darunter geschützte Naturdenkmäler wie alte Linden und eine Gerichtslinde.
Erstmals taucht Marxheim 1238 als „Villa Morauchisheim“ in einer Urkunde auf, als ein Graf von Lechsgemünd-Graisbach einen Hof an ein Kloster verschenkte. Die Region war bereits im Frühmittelalter durch die Franken besiedelt, und die Donaubrücke spielte schon früh eine Rolle als Zollstation. Im 14. Jahrhundert verlagerten die Grafen ihren Sitz von der zerstörten Burg Lechsend nach Graisbach. Später gehörte Marxheim zu verschiedenen Territorien, darunter das Herzogtum Neuburg-Sulzbach und schließlich Bayern. Im 18. Jahrhundert diente der Ort als Sammelpunkt für Auswanderer auf der Donau, und gegen Kriegsende 1945 wurde die Brücke im Kampf gesprengt.
Die Gemeinde besticht durch historische Bauwerke wie die katholische Pfarrkirche St. Peter und Paul in Marxheim, die teilweise aus dem 14. Jahrhundert stammt, oder die romanische Pfarrkirche St. Vitus in Lechsend. Die Ruine der Burg Graisbach und die Burgkapelle St. Pankratius zeugen von der mittelalterlichen Vergangenheit. Radwege wie der Donauradweg und der Lechradweg verbinden die Orte mit der Flusslandschaft. Ein modernes Rathaus beherbergt seit 1982 auch die Gemeindebücherei und erinnert an die Eingemeindungen der 1970er-Jahre.