Navalagamella se encuentra situada en la mitad del tercio occidental de la provincia de Madrid, al oeste de la capital, limitando al nordeste con Valdemorillo, al sudeste con Quijorna, Villanueva de Perales y Villamantilla, al sudoeste con Colmenar del Arroyo y al noroeste con Fresnedillas, Robledo de Chavela y El Escorial. Su término municipal con 76,31Km.2, posee una de las extensiones más amplias de la Comunidad de Madrid, con forma ahusada, está situado en la vertiente de la sierra occidental del río Perales, quedando limitado en sus costados este y oeste por la cuenca hidrográfica de dicho río, que toma aquí su nombre, al unirse los arroyos de los Conejeros, en el límite nordeste y el de la Fuente Vieja o arroyo de Los Pilones, que viene de Valdemorillo y la del arroyo La Yunta, llamado también del Carnero al unírsele el de Colmenar, procedente del término vecino del mismo nombre, que sirven como fronteras naturales con los territorios limítrofes. A estos cursos vienen a juntarse numerosos arroyos y torrentes estacionales que recorren todo el término, provocando una orografía formada por lomas de escasa altitud tapizadas en su mayor parte de monte bajo y encinares. El pueblo propiamente dicho, está situado en el tercio septentrional del término, a una altitud de 753m en un valle que limita con el monte Calvario (785m) al nordeste y con el arroyo Molinero al sur.

La flora está formada fundamentalmente por bosques de encinares, enebros, fresnos, monte bajo de carrascas, retama, tomillo, jara y chaparral, con manchas de álamos negros, olivos e higueras, además de muchos prados y algunos barbechos, debiendo destacarse un bosque de 120Ha. de pino negral y piñonero, plantado por la Diputación Provincial en los años cincuenta, así como la zona de las Tejoneras, donde se unen el río Perales y el arroyo de Valdeyernos, que está incluida entre los espacios naturales catalogados por la Comunidad de Madrid.

Por su parte, la fauna se limita a diversas especies de caza menor como zorros, liebres, perdices y sobre todo conejos, que según Canto Téllez, en 1958 constituían "una verdadera plaga, cobrándose al año más de doscientas mil piezas".

En cuanto a la orografía del terreno, encontramos macizos cristalinos de granitos con depósitos de cantos rodados, yesos, margas, arcillas, arenas y otros materiales sedimentarios que presentan un relieve accidentado con numerosas colinas separadas por barrancos y torrenteras, aunque no son alturas destacadas, sino "unos pequeños cerrillos a los que es fácil el ascenso", como se cita  en las Respuestas de Lorenzana de 1782. Las alturas desciendes desde la cota de los 900m. del vértice nortee a los menos de 500m. del valle del Perales en el extremo meridional.

También conviene destacar el conjunto de Vías Pecuarias presidido por la Cañada Real Leonesa que atraviesa el territorio de norte a sur rodeando el casco antiguo y por el cordel del Badén de las Pinillas o del Puente San Juan, que se prolonga en el de la Cruz Verde, bordeando durante 7km. el límite noroccidental del término. A estas rutas principales hay que añadir otras muchas, como las coladas del Arroyo de la Yunta, del Camino de Quijorna, del Descansadero de Vahondillo, Descansadero de Valmayor, de Encina Lomera, de Navalaperdiz, de Navarredondilla, de la Pacha de Valdeyermo, de las Vegas, etc. puntuadas por numerosos abrevaderos y descansaderos que recientemente has sido clasificadas y delimitadas.