Die Gemeinde liegt sechs Kilometer westlich von Versailles an der Autoroute A12. Auf einer Fläche von 543 Hektar wohnen 13.640 Einwohner (Stand: 1. Januar 2022). Fontenay-le-Fleury wird umgeben von den Gemeinden Noisy-le-Roi im Norden, Bailly im Nordosten, Saint-Cyr-l’École im Osten und Südosten, Bois-d’Arcy im Süden und Südwesten, Villepreux im Westen und Rennemoulin im Nordwesten.
Zur Gemeinde gehört neben dem gleichnamigen Hauptort noch die kleine Ortschaft Gally.
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