La Rue Mademoiselle part de la rue des Entrepreneurs, en face de l'église Saint Jean-Baptiste de Grenelle, et aboutit à l'intersection de la rue Cambronne et de la rue Lecourbe. Elle traverse la rue de la Croix-Nivert et la rue de l'Amiral-Roussin. La rue Gustave-Larroumet, la rue Joseph-Liouville, la rue Quinault, la rue du Docteur-Jacquemaire-Clémenceau la rue Péclet et la rue Robert-Fleury commencent ou aboutissent Rue Mademoiselle. On peut notamment y trouver l'école primaire Mademoiselle, ainsi que l'arrière du bâtiment du lycée/collège Camille-Sée.