Ballainvilliers est une commune française située à vingt kilomètres au sud-ouest de Paris dans le département de l'Essonne et la région Île-de-France.

Ses habitants sont appelés les Ballainvillois.

Ballainvilliers est située dans la grande agglomération parisienne, au nord du département français de l'Essonne, au cœur de la région naturelle du Hurepoix. Le territoire communal occupe quatre cent un hectares au sud du pays de Longjumeau sur un espace relativement plat du plateau surplombant les vallées de l'Yvette au nord et de l'Orge à l'est. Le terrain s'étage entre cent six mètres au sud-ouest et soixante mètres au nord-est. Le ruisseau le Rouillon suit cette déclivité en traversant la commune du sud-ouest au nord-est avant d'entrer sur le territoire de Longjumeau pour se jeter dans l'Yvette. Une petite majorité de ce territoire se compose de constructions urbaines (54 %), mais un tiers de la commune est encore occupé par l'espace rural et agricole.

La route nationale 20 matérialise la frontière sur la quasi totalité du côté ouest de la commune, avec Saulx-les-Chartreux au nord et La Ville-du-Bois au sud. Axe important pour la région, c'est le seul qui traverse la commune, restée à l'écart des voies ferrées ou axes routiers principaux.

Ballainvilliers est située à vingt kilomètres au sud-ouest de Paris-Notre-Dame, douze kilomètres au nord-ouest d'Evry, six kilomètres au sud-est de Palaiseau, cinq kilomètres au nord-est de Montlhéry, dix kilomètres au nord-est d'Arpajon, vingt-deux kilomètres au nord-ouest de La Ferté-Alais, vingt-six kilomètres au nord-est de Dourdan, vingt-neuf kilomètres au nord-est d'Étampes et trente-trois kilomètres au nord-ouest de Milly-la-Forêt.