Bordée à l'est par la Marne, qui sert de limite avec ses voisines, Mairy-sur-Marne s'étend au centre du département de la Marne, en région Grand Est, dans la région agricole de la vallée de la Marne qui traverse la Champagne crayeuse. La commune se trouve à 12 km de Châlons-en-Champagne, à 23 km de Vitry-le-François et à 3 km de Saint-Germain-la-Ville, siège de la communauté de communes de la Moivre à la Coole, dont elle fait partie. Son altitude varie de 82 à 153 mètres, avec pour point culminant le lieu-dit la Corbeille, au sud. Le territoire est drainé par la Marne et par la Guenelle, qui prend sa source à Glannes et se jette dans la Marne sur la commune ; une station hydrologique mesure le débit de la Marne à Mairy-sur-Marne. La commune compte une zone naturelle d'intérêt écologique, faunistique et floristique. Son patrimoine comprend un château construit vers 1680, une mairie due au maître d'œuvre châlonnais Galot au XIXe siècle et l'église Saint-Léger, reconstruite par François Poisel et Raphaël Jacquesson entre 1877 et 1896. Les habitants signalent à la mairie de Mairy-sur-Marne via Signaleo une voirie abîmée, un lampadaire défaillant, un dépôt sauvage ou un espace vert négligé.

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