Thallwitz liegt im Norden des Landkreises Leipzig in Sachsen, eingebettet zwischen Wurzen und Eilenburg. Die Gemeinde erstreckt sich in der Auenlandschaft der Mulde, wo der Fluss von der Lossa durchzogen wird. Östlich erheben sich die Hohburger Berge, während das Gelände zum Tauchaer Endmoränenhügelland gehört. Die Bundesstraßen 87 und 6 verlaufen nahe der Gemeinde, und die stillgelegte Bahnstrecke Wurzen–Eilenburg durchquert den Ort.
Erstmals erwähnt wurde Thallwitz im Jahr als slawische Siedlung, urkundlich festgehalten im 13. Jahrhundert. Die Herren von Canitz prägten das Dorf durch den Bau eines Renaissance-Schlosses um 1580. Später wechselten Besitz und Nutzung, etwa als Jagdschloss der Fürsten Reuß oder als Klinikstandort. Nach der Wende wurde das Schloss restituiert, steht jedoch heute leer.
Bekannt ist Thallwitz vor allem für sein Schloss mit historischem Park und barocker Gartenanlage. Die Sägemühle aus dem 18. Jahrhundert ist noch funktionsfähig, und die umgebende Muldeaue lädt zum Radwandern ein. Persönlichkeiten wie der Kieferchirurg Wolfgang Rosenthal oder der Lexikograph Renatus Gotthelf Löbel haben hier gewirkt. Die Hohburger Berge und das Kollauer Wehr mit Fischtreppe bieten Naturerlebnisse.