Villevallier liegt etwa 32 Kilometer nordwestlich von Auxerre an der Yonne. Umgeben wird Villevallier von den Nachbargemeinden Armeau im Norden, Dixmont im Nordosten, Joigny im Osten und Südosten, Villecien im Süden, Cézy im Süden und Westen sowie Saint-Julien-du-Sault im Westen und Nordwesten.