D'une superficie de 10 km2 (980 ha), la commune de Chantemerle-lès-Grignan est située au sud-ouest du canton, sur la rive gauche de la Berre qui la sépare des communes de Valaurie au nord-ouest et Réauville au nord, la limite orientale avec les communes de Grignan et de Chamaret traversant le plateau du Rouvergue (ZNIEFF de type I). Ce plateau de molasse burdigalienne est composé de grès quartzeux, alternant avec des sables rouges ou des grès friables verts. Le banc de molasse, creusé parfois de grottes, règne sur tout le contour des collines, formant des "failles", lignes parallèles de pierre, qui ont donné le nom de tout un tènement appelé "les Crevasses". L'Antiquité a utilisé en partie la configuration naturelle du terrain, l'aménageant en chemin pour le transport les meules de pierre extraites du plateau. Ces curiosités sont ainsi décrites au 19e siècle, par le maire Héraud : "A quelque distance du village se voit un chemin curieux tout taillé dans le roc ; il se termine à un précipice auquel succède une vallée profonde. Les ornières que la roue des chars y a creusées sont encore apparentes...", et par Devès, érudit de Grignan : "Ce chemin est au levant du village et se dirige du midi au nord par la vallée dite Champ-Garreau. Il est encore à découvert sur une longueur de 40 m et présente une largeur de 2,20 m. Les ornières ou rainures ont été faites de main d'homme, car elles sont partout d'égale profondeur et d'égale distance... Il aboutit à un précipice. Après l'éboulement du rocher qui lui servait d'assiette, il a été reporté plus loin avec les mêmes ornières. C'est par là, sans doute, qu'on faisait passer les nombreuses meules de moulin extraites du plateau voisin". La végétation du plateau, au sud du territoire communal, est essentiellement composée de bois de feuillus, et sur le coteau qui s'étend d'ouest en est jusqu'à la plaine, se mêlent des terrains cultivés aux bois plus épars et aux landes, enfin les prairies, champs, et quelques vignes occupent la vallée de la Berre, au nord. Le découpage communal de 1791 en 4 sections, repris par le cadastre napoléonien et le cadastre actuel, est représentatif de ces terrains : la 1ère section, au sud, correspondant à la section C est formée du plateau du Rouvergue, la 2e, au nord-est, correspond à la section B, la 3e au nord, correspond à la section A et la 4e au nord-ouest, à la section D, sont constituées des terrains les plus riches sur les pentes et la vallée de la Berre ; c'est là que se trouvent la plupart des fermes, ainsi que le village, situé au milieu du territoire, tandis que quelques "bories" (cabanes de bergers) subsistent sur le plateau du Rouvergue. Aujourd'hui, beaucoup d'exploitations agricoles ont été abandonnées et les fermes converties en résidences secondaires. Au dernier recensement INSEE (1999), la commune comptait 132 immeubles d'habitation, dont 75 résidences principales et 51 résidences secondaires. A l'instar des communes voisines, le tourisme se développe par la transformation d'anciennes fermes ou maisons en gîtes ruraux de qualité, et une trentaine de maisons ont été construites depuis 1975. L'économie locale s'est récemment tournée vers une activité agro-alimentaire, représentée par la minoterie Souchard, installée au Moulin.