Das Limmattal erstreckt sich von der Stadt Zürich vom Zürichsee in nordwestlicher Richtung entlang des Heitersbergs bis nach Brugg und liegt damit teils im Kanton Zürich, teils im Kanton Aargau. Durch das Limmattal fliesst die Limmat, die beim Wasserschloss bei Brugg in die Aare mündet.
Das Limmattal ist heute eine über weite Strecken eng bebaute Agglomerationslandschaft. Folgende Gemeinden und Städte liegen im Limmattal: Zürich, Oberengstringen, Unterengstringen, Schlieren, Weiningen, Urdorf, Dietikon, Bergdietikon, Geroldswil, Oetwil, Spreitenbach, Würenlos, Killwangen, Neuenhof, Wettingen, Baden, Ennetbaden, Obersiggenthal, Untersiggenthal und Turgi.
Nach dem Tal ist auch der zwischen Spreitenbach und Dietikon gelegene Rangierbahnhof Limmattal (abgekürzt RBL) des Zürcher Eisenbahnknotens benannt.