Avrainville liegt etwa 33 Kilometer südlich von Paris am in der Landschaft Hurepoix.
Umgeben wird Avrainville von den Nachbargemeinden Arpajon im Norden, La Norville im Norden und Nordosten, Guibeville im Osten und Nordosten, Cheptainville im Osten und Südosten, Lardy im Süden und Südosten, Torfou im Süden, Boissy-sous-Saint-Yon im Westen und Südwesten sowie Égly im Nordwesten.