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Montigny-le-Bretonneux est située à une vingtaine de kilomètres au sud-ouest de Paris et à quatre kilomètres de Versailles.

La commune est limitrophe de Trappes à l'ouest, de Magny-les-Hameaux au sud, de Voisins-le-Bretonneux au sud-est, de Guyancourt à l'est, de Bois-d'Arcy au nord et de Saint-Cyr-l'École au nord-est.

Sur le plan des communications, la ville est desservie par les autoroutes ou voies rapides A 12, N 10, N 12 et N 286 (prolongement de l'A 86).