Посёлок Рай-Еленовка находится на расстоянии в 1,5 км от реки Уды (правый берег). Расположен между пгт Коротич и Песочином.
По посёлку протекает пересыхающий Еленин ручей с запрудой и тремя озёрами, одно из которых — Санаторное — длиной более 1 км, которое на данный момент пришло в упадок и сильно обмелело. Рядом проходит железная дорога Харьков-Полтава и находится станция Рай-Еленовка.