Les Brenets est située dans le nord du canton de Neuchâtel, à la frontière avec la France. Elle est limitrophe au sud-est de la commune suisse du Locle et au nord de la commune suisse des Planchettes. Au nord-ouest le lac des Brenets (ou lac de Chaillexon en France) - qui marque la frontière franco-suisse - la sépare de la commune française de Villers-le-Lac. Il s'agit d'une des rares communes du canton de Neuchâtel à se trouver sur le versant nord du massif du Jura.