Chavenay liegt 25 Kilometer nordwestlich von Paris im Tal des Ru de Gally, der das Dorf in ost-westlicher Richtung durchfließt.

Die nächstgelegenen Gemeinden sind Saint-Nom-la-Bretèche im Nordosten, Villepreux im Südosten, Les Clayes-sous-Bois in südlicher Richtung, Plaisir im Südwesten, Thiverval-Grignon im Westen, Davron in nordwestlicher Richtung sowie das nördlich gelegene Feucherolles.

Der Name Chavenay lässt sich auf gallische beziehungsweise römische Zeiten zurückführen. Die erste schriftliche Erwähnung des Ortes findet sich auf einer Urkunde aus dem Jahr 1003, in der es in latinisierter Form als „Cavenoilus“ genannt wird. Die Region um Chavenay war jedoch bereits viel früher besiedelt und enthält Zeugnisse altsteinzeitlicher Besiedlung.