Gournay-en-Bray se situe dans le pays de Bray, au confluent de l'Epte et de la Morette. Les deux ruisseaux de l'Auchy et de l'Aulnaie, affluents de la Morette, rejoignent également celle-ci sur le territoire de la commune.
Gournay est située à 14 km de Songeons, à 20 km de Forges-les-Eaux, à 25 km de Gisors, à 30 km de Beauvais, à 38 km des Andelys, à 48 km de Rouen et à 99 km de Paris.
Gournay-en-Bray est desservie par la gare de Gournay-Ferrières située sur la ligne de Paris à Dieppe.
Le climat qui caractérise la commune est qualifié, en 2010, de « climat océanique dégradé des plaines du Centre et du Nord », selon la typologie des climats de la France qui compte alors huit grands types de climats en métropole[1]. En 2020, la commune ressort du type « climat océanique altéré » dans la classification établie par Météo-France, qui ne compte désormais, en première approche, que cinq grands types de climats en métropole. Il s’agit d’une zone de transition entre le climat océanique, le climat de montagne et le climat semi-continental. Les écarts de température entre hiver et été augmentent avec l'éloignement de la mer. La pluviométrie est plus faible qu'en bord de mer, sauf aux abords des reliefs[2].
Les paramètres climatiques qui ont permis d’établir la typologie de 2010 comportent six variables pour les températures et huit pour les précipitations, dont les valeurs correspondent à la normale 1971-2000[Note 1]. Les sept principales variables caractérisant la commune sont présentées dans l'encadré ci-après.