Amayuelas de Arriba se ubica en una zona de campiña con ligeras ondulaciones delimitada al Este por el río Carrión y al Oeste por los páramos de Astudillo. Se trata de una zona de regadíos en las partes bajas y recorrida por varios canales (canal del Pisuerga, Canal de Castilla, Canal de la Margen Izda del río Carrión) y el río Ucieza. Se trata de la zona más septentrional de Tierra de Campos.

El pueblo está en una ligera cuesta rematada por la iglesia, y se sitúa al final de una carretera (PP-9831) en fondo de saco que lo comunica con Amayuelas de Abajo y la PP-983 de Amusco a San Cebrián.