Standort der Wetterstation
Lichtenhain liegt in einem kleinen westlichen Seitental der Saale, etwa zwei Kilometer südwestlich des Stadtzentrums. Es grenzt im Osten unmittelbar an den Stadtteil Jena-Süd, während das Gelände zu den übrigen Seiten steil zur Muschelkalk-Formation der Ilm-Saale-Platte ansteigt. Südlich liegt die Lichtenhainer Höhe (321 Meter), dahinter die Stadtteile Ammerbach und Winzerla. Das Ortszentrum selbst erstreckt sich entlang der Mühlenstraße oberhalb der Carl-Zeiss-Promenade und der Lützowstraße in etwa 200 Metern Höhe.