Der dem Tal den Namen gebende Buchenbach entspringt in der Nachbargemeinde Berglen, durchfließt nach Birkmannsweiler auch Winnenden und Leutenbach im Rems-Murr-Kreis, bevor er nach etwa 24 km Länge zwischen Burgstall und Kirchberg in die Murr mündet[i].
Das Buchenbachtal hat in Birkmannsweiler noch einen ausgeprägten Talcharakter, bevor es sich mit Auslaufen des Schwäbisch-Fränkischen Waldes hin zur Gäulandschaft des Neckarbeckens hin öffnet.
Birkmannsweiler selber liegt daher im Übergangsbereich zwischen Neckarbecken (als Teil der Haupteinheit Gäuplatten im Neckar- und Tauberland) und der östlich angrenzenden Haupteinheit Schurwald und Welzheimer Wald, zu der bereits die Nachbargemeinde Berglen naturräumlich gehört.
