Presque exclusivement rural, le territoire de la commune est boisé à 50 % de sa surface. Située à l'ouest de Rambouillet, Mittainville se compose de cinq hameaux : le centre historique autour de l'église, le coeur administratif des Pâtis avec mairie et école, Vacheresse, le Val et Launay. Elle est également traversée par la Maltorne, qui prend sa source à La Boissière-Ecole avant de se jeter dans l'Eure à Chaudon. Côté patrimoine, l'église Saint-Rémy fut construite par Dragon de Rézeux vers 1215, sur l'emplacement d'une ancienne chapelle. En pierre meulière, elle dispose d'une nef unique sans clocher et est inscrite aux Monuments historiques.