Warunki naturalne Grabownica Starzeńska wchodzi w skład regionu brzozowskiego. Jest wsią położoną nad rzeką Stobnicą, na Pogórzu Dynowskim. Przez wieś przebiega droga łącząca Brzozów z Sanokiem oraz droga Grabownica-Dynów. Obszar Grabownicy graniczy od strony południowo-wschodniej z Pakoszówką i Lalinem, od wschodu z Niebockiem, od północy z Humniskami, a od zachodu z Górkami. W skład wsi wchodzą następujące przysiółki: Polana, Folwark, Wieliwiszczyzna, Zakościele, Ksawerów, Dół, Duża i Mała Strona, Kopalnia. Od strony wschodniej i zachodniej Grabownica otoczona jest lasami liściastymi z niewielką ilością drzew iglastych.
Budowa geologiczna obszaru Region brzozowski charakteryzuje się skomplikowaną budową geologiczną, związaną z ruchami tektonicznymi starszego trzeciorzędu. W Grabownicy występują warstwy dolnokredowe, które charakteryzują się stosunkowo stromymi wzgórzami. Najwyższe wzniesienie dochodzi do 476 m n.p.m., jest to Wroczeń. Z warstwami dolnokredowymi związane są złoża ropy Grabownicy. Fałd Grabownicy zbudowany jest z pięciu poziomów, bazujących na elementach piaskowców i łupków. Pogórze Dynowskie, w skład którego wchodzi Grabownica, charakteryzuje się krajobrazem pogórskim o rusztowym układzie grzbietów. Teren wsi jest bardzo urozmaicony, najwyższy fałd Grabownicy występuje w formie wąskich wydłużonych siodeł.