Limitrophe de l'Alsace, la commune a un relief particulièrement accidenté. Le centre occupe une colline à 620 mètres d'altitude, mais l'habitat est très dispersé. Son point culminant se trouve au lieu-dit du Servaumont à 820 mètres d'altitude.
Pour la période 1971-2000, la température annuelle moyenne est de 8,8 °C, avec une amplitude thermique annuelle de 16,6 °C. Le cumul annuel moyen de précipitations est de 1 344 mm, avec 13,3 jours de précipitations en janvier et 11,1 jours en juillet[4]. Pour la période 1991-2020, la température moyenne annuelle observée sur la station météorologique de Météo-France la plus proche, « Ban-de-Sapt », sur la commune de Ban-de-Sapt à 4 km à vol d'oiseau[6], est de 10,3 °C et le cumul annuel moyen de précipitations est de 1 027,3 mm.
La température maximale relevée sur cette station est de 36,9 °C, atteinte le ; la température minimale est de −17 °C, atteinte le [Note 1],[7],[8].
Au , La Grande-Fosse est catégorisée commune rurale à habitat dispersé, selon la nouvelle grille communale de densité à sept niveaux définie par l'Insee en 2022[11].
Elle est située hors unité urbaine[12] et hors attraction des villes[13],[14].
L'occupation des sols de la commune, telle qu'elle ressort de la base de donnéeseuropéenne d’occupation biophysique des sols Corine Land Cover (CLC), est marquée par l'importance des forêts et milieux semi-naturels (78,3 % en 2018), en diminution par rapport à 1990 (82 %). La répartition détaillée en 2018 est la suivante :
forêts (78,3 %), prairies (21,6 %), zones urbanisées (0,1 %)[15]. L'évolution de l’occupation des sols de la commune et de ses infrastructures peut être observée sur les différentes représentations cartographiques du territoire : la carte de Cassini (XVIIIe siècle), la carte d'état-major (1820-1866) et les cartes ou photos aériennes de l'IGN pour la période actuelle (1950 à aujourd'hui)[Carte 3].
On rencontre des dénominations diverses qui signifie la vallée des granges : "Grangia Fossa" avant 1166, Fossa en 1172[16], La Grant Fosse en 1328, Villa de Grandifossa en 1416, La Granfosse en 1548, La Grainfosse en 1554...
Jouxtant la voie des Saulniers ou via salinatorum qui surgit derrière l'Ormont du plateau du Ban-de-Sapt et continue vers Saales et vers le Val de Villé en passant au nord du Climont, les hameaux de cette haute vallée semblent dès le Bas-Empire romain spécialisés dans l'entrepôt en grange et le transport des grains, surtout les blés locaux, avoine, seigle et orge, peut-être le froment. Un diverticule de la voie des Saulniers passant en ligne directe en surplomb de la vallée est à l'origine de la prospérité du secteur des services et du fort peuplement jusqu'en 1840.
Des vignes en bas de la Bonne Fontaine sont attestées par des documents avant les refroidissements des décennies suivant 1550.
À l'époque moderne, la petite mairie de Grande-Fosse appartient au bailliage de Saint-Dié. Les hameaux qui se situent sur l'actuel territoire communal dépendent de la paroisse de Provenchères, mais possèdent de prestigieuse hiérophanies, parmi lesquelles une chapelle dédiée à saint Gondelbert, lieu de pèlerinage jouxtant un établissement de bains chauds renommés au hameau de Bonne-Fontaine et une chapelle Saint-Antoine promue et rebâtie en église paroissiale du village en 1830.
La commune de la Grande-Fosse du département des Vosges intègre le canton de Saales dès 1790. Elle fait partie des communes jouxtant la nouvelle frontière franco-allemande lors de l’annexion allemande en 1871. Le canton tronqué est administré à partir de Provenchères-sur-Fave.
L'évolution du nombre d'habitants est connue à travers les recensements de la population effectués dans la commune depuis 1793. Pour les communes de moins de 10 000 habitants, une enquête de recensement portant sur toute la population est réalisée tous les cinq ans, les populations légales des années intermédiaires étant quant à elles estimées par interpolation ou extrapolation[19]. Pour la commune, le premier recensement exhaustif entrant dans le cadre du nouveau dispositif a été réalisé en 2007[20].
En 2021, la commune comptait 133 habitants[Note 2], en évolution de +13,68 % par rapport à 2015 (Vosges : −3,05 %, France hors Mayotte : +1,84 %).
La toiture de l'église devant être refaite a été équipée de panneaux solaires photovoltaïques d'une surface totale de 195 m² pour une production supérieure à 20 000 kWh[27]. Cette solution avait déjà été réalisée dans la commune pionnière de Schönau im Schwarzwald qui se trouve approximativement à la même latitude.
Cloches de l'église réalisées par Georges Farnier[28].
Musée de la Figurine[34] (figurines et petits soldats en plastique, en plomb, en étain ou en bois).
Créé en 1989, le musée était ouvert chaque été du 1er week-end de mai au 1er octobre, les vendredis, samedis, dimanches et jours fériés mais maintenant fermer.
Ancienne station de ski à 680 m d'altitude, gérée par une association qui est actuellement orientée vers l'organisation de spectacles et de festivités[35].
Groupe de quatre bornes frontalières dites "les Quatre-Bornes"[37].
La plus grande d'entre elles, différente d'aspect et de forme pyramidale, pourrait être gallo-romaine, notamment à cause de sa proximité avec la Via Salinorum par laquelle transitait le sel vers les garnisons de soldats romains du limes.
(fr) Le patrimoine architectural et mobilier de la commune sur le site officiel du ministère français de la Culture (Bases Mérimée, Palissy, Palissy, Mémoire, ArchiDoc), Médiathèque de l'architecture et du patrimoine (archives photographiques) diffusion RMN, et service régional de l'inventaire général de la direction de la Culture et du Patrimoine de la Région
↑Population municipale légale en vigueur au 1er janvier 2024, millésimée 2021, définie dans les limites territoriales en vigueur au 1er janvier 2023, date de référence statistique : 1er janvier 2021.
↑ a et bDaniel Joly, Thierry Brossard, Hervé Cardot, Jean Cavailhes, Mohamed Hilal et Pierre Wavresky, « Les types de climats en France, une construction spatiale », Cybergéo, revue européenne de géographie - European Journal of Geography, no 501, (DOI10.4000/cybergeo.23155, lire en ligne, consulté le )