Nordstemmen liegt im Westen des Landkreises Hildesheim, eingebettet zwischen der Norddeutschen Tiefebene und den Ausläufern des Hildesheimer Walds. Der Ort wird von der Leine durchflossen, die hier nahe dem Marienberg vorbeizieht, einem Hügel, auf dessen Südhang das namensgebende Schloss thront. Etwas weiter westlich mündet die Haller in die Leine, während der Ort selbst etwa einen Kilometer östlich dieser Einmündung liegt.
Die Gemeinde entstand durch die Zusammenlegung mehrerer Dörfer im Zuge der niedersächsischen Gebietsreform. Zu den eingemeindeten Orten zählen Adensen, Barnten und Rössing, die heute gemeinsam mit Nordstemmen eine größere Einheit bilden. Historisch war die Gegend vor allem landwirtschaftlich geprägt, doch der Bau des Bahnhofs und die Nähe zum Schloss Marienburg prägten später ihre Entwicklung.
Besonders bekannt ist Nordstemmen für das Ensemble aus Bahnhof und Schloss Marienburg, das von Conrad Wilhelm Hase und anderen Architekten im 19. Jahrhundert gestaltet wurde. Das Empfangsgebäude des Bahnhofs diente einst als königlicher Wartebereich für Besucher der Marienburg. Der Marienberg selbst bietet mit seinem Schloss und dem umliegenden Landschaftsschutzgebiet Calenberger Leinetal attraktive Ausflugsziele. Auch die Kirchen der Gemeinde, darunter die evangelische St.-Johannis-Kirche und die profanierte katholische St.-Michael-Kirche, spiegeln die religiöse Vielfalt der Region wider.
