Lutz-en-Dunois liegt etwa zwei Kilometer östlich vom Stadtzentrum von Châteaudun.
Umgeben wurde die Gemeinde Lutz-en-Dunois von den Nachbargemeinden Moléans im Norden und Nordwesten, Conie-Molitard im Norden, Civry im Nordosten, Saint-Cloud-en-Dunois im Osten und Südosten, Ozoir-le-Breuil im Südosten, Thiville im Süden und Südwesten, Châteaudun im Westen sowie Jallans im Westen und Nordwesten.
Der Militärflugplatz Châteaudun (Base aérienne 279 Châteaudun) liegt mit seinem östlichen Teil im vormaligen Gemeindegebiet.
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