Grainville-sur-Odon liegt etwa 13 Kilometer westsüdwestlich von Caen am Fluss Odon, der die südliche bzw. südöstliche Gemeindegrenze bildet. Umgeben wird Grainville-sur-Odon von den Nachbargemeinden Thue et Mue im Norden, Mondrainville im Osten, Gavrus im Südosten, Val d’Arry im Süden und Südwesten, Noyers-Bocage im Südwesten und Westen sowie Tessel im Westen und Nordwesten.