Als Ortsteil der Gemeinde Nünchritz befindet sich Goltzscha am nördlichen Rand der sächsischen Weinstraße.

Umgeben von den Ortschaften Weißig im Norden, Skassa im Nordosten, Medessen im Osten, Zottewitz und Döschütz im Süden, Neuseußlitz im Südwesten, Merschwitz im Westen und Leckwitz sowie Naundörfchen im Nordwesten befindet es sich im Städtedreieck zwischen Großenhain, Riesa und Meißen.

Etwa zwei Kilometer westlich des Ortes fließt die Elbe und rund einen Kilometer entfernt in nordöstlicher Richtung verläuft die Bahnstrecke Leipzig–Dresden. Der Ort ist an den örtlichen Nahverkehr angeschlossen (VVO, Buslinie407)