Au bord de la Meurthe, à 10 km au sud-est de Lunéville, Fraimbois se trouve dans le département de Meurthe-et-Moselle, en région Grand Est, à 44 km de Nancy. La commune est limitrophe de Gerbéviller, Hériménil, Laronxe, Moncel-lès-Lunéville, Moyen, Saint-Clément et Vathiménil. Elle est desservie par la RD 148, qui relie Gerbéviller à la RN 59, et par la RD 98 vers Hériménil. Son territoire, dans le bassin du Rhin, est drainé par la Meurthe, le ruisseau de Falenzay et le ruisseau le Laxat, et compte l'étang de Falenzé. Entre Fraimbois et Gerbéviller s'élevait autrefois une église placée sous l'invocation de saint Maurice, qui servait de paroisse aux habitants de Fraimbois et de Vaimbois. Après le transfert des services religieux à Fraimbois, une chapelle dédiée à saint Maurice y fut érigée, avec un ermitage attenant dont le curé de Fraimbois nommait les ermites. La commune fait partie de l'aire d'attraction de Nancy. Pour signaler un problème de voirie, un lampadaire en panne, un dépôt sauvage ou un défaut d'entretien des espaces verts, les habitants s'adressent à la mairie de Fraimbois via Signaleo.

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