Catenoy est un bourg périurbain du Plateau picard situé à 61 kilomètres au sud d’Amiens, à 32 kilomètres à l’est de Beauvais, à 23 kilomètres à l’ouest de Compiègne et à 58 kilomètres au nord de Paris. Il est traversé par la route nationale 31.
Au début du XIXe siècle, le territoire communal était décrit comme constitué d’une « vaste plaine dépourvue d’eau courante, bornée au midi par des coteaux boisés ».
La gare la plus proche est celle de Liancourt-Rantigny à 6,7 kilomètres au sud-est sur la ligne de Paris-Nord à Lille. Située sur la même ligne, la gare de Clermont-de-l’Oise se trouve à 7 kilomètres à l’ouest. Elles sont desservies par des trains TER Hauts-de-France qui effectuent des missions entre les gares de Paris-Nord, ou de Creil, et de Saint-Just-en-Chaussée ou d’Amiens.
La commune est desservie par le réseau Keolis Oise du conseil général de l’Oise par la C8 reliant le village à Agnetz, la LR33B de Catenoy à Breuil-le-Vert par Clermont, LR33-Renf de Clermont à Compiègne et LR33-Compiègne effectuant le même trajet. Une ligne de transports scolaires relie le village aux établissements secondaires de l’agglomération de Clermont. Une navette de regroupement pédagogique intercommunal relie l’école primaire communale de Maimbeville à Catenoy et au hameau de Luchy.