Fontenay-sur-Eure liegt etwa acht Kilometer südwestlich von Chartres an der Eure. Umgeben wird Fontenay-sur-Eure von den Nachbargemeinden Amilly im Norden, Lucé im Nordosten, Luisant im Osten und Nordosten, Barjouville im Osten, Thivars im Südosten, Mignières im Süden und Südosten, Nogent-sur-Eure im Süden und Südwesten sowie Saint-Georges-sur-Eure im Westen und Nordwesten.