Gau-Odernheim ist eine rheinhessische Ortsgemeinde im Landkreis Alzey-Worms in Rheinland-Pfalz. Sie gehört der Verbandsgemeinde Alzey-Land an. Mit cirka 3.800 Einwohnern ist die "Ehemalige Reichsstadt und Marktflecken" der größte Ort in der Verbandsgemeinde.

Die Ortschaft liegt an dem kleinen Fluss Selz der sich hier am Petersberg entlangschlängelt. Die nächsten Städte sind Alzey (8 km), mit den für den Ort zuständigen Verwaltungssitzen (Landkreis- und Verbandsgemeinde-Verwaltung) und Wörrstadt (12 km). Die Landeshauptstadt Mainz in 30 km Entfernung ist leicht über die Autobahn 63 zu erreichen. Als bedeutende Weinbaugemeinde liegt Gau-Odernheim im größten Weinbau treibenden Landkreis Deutschlands und mitten im Weinanbaugebiet Rheinhessen. Wegen der Nähe zum Rhein-Main-Gebiet ist die Ortschaft Zuzugsgemeinde und hat daher viele Neubaugebiete und Neubürger.

Der Petersberg in Rheinhessen ist eine zwischen Gau-Odernheim und Bechtolsheim gelegene Hügelkuppe mit 246 m ü. NN. Es handelt sich um einen aus Erosion des Mainzer Beckens entstandenen Zeugenberg.

Er ist mit Wein bewachsen und gewährt von seiner Spitze einen weiten Blick über das Rheinhessische Hügelland. Auf dem Gipfel befinden sich die Ruine der Umfassungsmauer einer dreischiffigen Basilika aus dem 10. Jahrhundert, die dem namensgebenden Apostel Petrus geweiht war sowie Reste der Krypta aus dem 12. Jahrhundert.[

Am südlichen Fuße auf Gau-Odernheimer Gemarkungsseite des Petersberges befindet sich die größte Ansammlung von Wildtulpen nördlich der Alpen.