Localisée immédiatement à l'ouest de Montfort-l'Amaury, Grosrouvre est la dernière clairière située au nord du Massif de Rambouillet avant les plateaux du Drouais et du Mantois. La commune s'intègre dans la petite région du Pays de Houdan-Montfort l'Amaury dont le paysage détermine la transition entre la Plateau de Saint Quentin en Yvelines et les grands espaces agricoles situés plus à l'ouest. L'étendue agricole de cette région est limitée par des reliefs couverts de forêts à l'est, au nord et au sud, s'ouvrant à l'ouest vers de vastes espaces agricoles .

Les caractères géologiques de la commune sont ceux du Massif de Rambouillet. L'environnement naturel de Grosrouvre en présente donc les principales caractéristiques. Les sols sont essentiellement acides (sables, argiles à meulières) et les zones humides fréquentes (marais, mares).

Hormis le Château de la Mormaire au sud et le Château de la Couarde au nord-est sur le territoire de La Queue lez Yvelines mais en limite de Grosrouvre, l'environnement bâti de Grosrouvre est dominé par la présence de constructions anciennes, traditionnelles.
Celles-ci ne dépassent pas une hauteur de R + 1 ou de R + 1 + combles.