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Kühnhausen liegt an der Gera im Thüringer Becken in etwa 160 bis 180 Metern Höhe nördlich von Erfurt. Die Umgebung ist flach und von landwirtschaftlichen Flächen sowie dem Kiesabbau im Nord-Osten geprägt. Im Westen erhebt sich die Schwellenburg. In Kühnhausen mündet der Weißfrauenbach in die Gera. Oberhalb von Kühnhausen zweigt die Mahlgera von der Gera ab und fließt weiter nach Elxleben. Die innerörtlichen Ufer der Mahlgera wurden lange Zeit von den Wassermühlen des Ortes geprägt, woraus sich letztendlich die Namensgebung des Gera-Nebenarmes herleiten lässt. Nachbarorte sind Gispersleben im Süden, Tiefthal im Westen, Elxleben im Norden und Mittelhausen im Oste