La commune de Montesson se trouve dans le nord-est du département des Yvelines, à dix-huit kilomètres environ à l'ouest de Paris, à six kilomètres environ au nord-est de Saint-Germain-en-Laye, sous-préfecture, et à 14 km environ au nord de Versailles, préfecture du département. C'est une commune riveraine de la Seine située dans un méandre du fleuve sur sa rive droite. Son territoire est constitué par une plaine alluviale fertile consacrée de longue date aux cultures maraîchères. Les communes limitrophes sont Sartrouville au nord-est, Carrières-sur-Seine à l'est, Chatou au sud-est, Le Vésinet au sud et Le Pecq au sud-ouest. Vers l'ouest, la Seine sépare Montesson du Mesnil-le-Roi.