Notre-Dame-des-Millières liegt etwa 33 Kilometer ostnordöstlich von Chambéry und etwa sieben Kilometer südwestlich von Albertville im Tal der Isère. Umgeben wird Notre-Dame-des-Millières von den Nachbargemeinden Gilly-sur-Isère im Norden, Monthion im Osten und Nordosten, Saint-Paul-sur-Isère im Südosten, Sainte-Hélène-sur-Isère im Süden und Westen, Frontenex im Westen und Nordwesten sowie Tournon im Westen und Nordwesten.