Située à mi-chemin entre Rambervillers et Bruyères, à l'écart de la départementale 50, la commune de Fremifontaine s'étend sur 956 hectares, à la porte du massif vosgien. La voie principale est la départementale 70 qui met Autrey et Pierrepont-sur-l'Arentèle toutes deux à 3,5 km de distance de Frémifontaine.

La forêt recouvre les deux tiers de son territoire, dont la moitié appartient à la commune. Celle-ci est pour moitié feuillue - sur la partie basse - et pour moitié composée de résineux - essentiellement sur la partie la plus en altitude. L'activité agricole sur la partie restante non urbanisée est essentiellement tournée vers l'herbe et l'élevage (lait et viande), quelques terres sont labourées et semées et de nombreux vergers profitent de l'excellente exposition de la commune : cerises, mirabelles, pommes, poires, quetsches... De nombreuses sources sont présentes et de petits cours d'eau se jettent dans la Mortagne ou dans l'Arentèle.

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