La Chapelle-d’Aunainville liegt im Norden der Landschaft Beauce, 23 Kilometer ostsüdöstlich von Chartres und etwa 65 Kilometer südöstlich von Paris. Umgeben wird La Chapelle-d’Aunainville von den Nachbargemeinden Aunay-sous-Auneau im Norden, Sainville im Osten und Nordosten, Maisons im Osten und Südosten, Denonville im Süden sowie Saint-Léger-des-Aubées im Westen.