Clairefontaine-en-Yvelines est située entre Rambouillet et Dourdan, à 6 kilomètres au sud-est du centre de la ville historique Rambolitaine, et environ à 50 kilomètres au sud-ouest de Paris.
La commune fait partie de la Région Ile-de-France ; elle est située dans la partie sud du département des Yvelines. Elle appartient à l’arrondissement de Rambouillet et au canton de Saint-Arnoult-en-Yvelines.
C’est une commune à caractère rural de la forêt d’Yveline dont la grande majorité du territoire est occupée par la forêt.
Clairefontaine-en-Yvelines est l’une des 51 communes du Parc Naturel Régional de la Haute Vallée de Chevreuse.