ถนนพระรามที่ 4 ด้านหน้าสำนักงานการไฟฟ้านครหลวงเขตคลองเตย บริเวณทิศตะวันออกของจุดตัดทางรถไฟสายแม่น้ำ และทางขึ้น-ลงทางพิเศษเฉลิมมหานคร (ทางด่วนขั้นที่ 1) ซึ่งเป็นจุดบรรจบกันระหว่างถนนพระรามที่ 4, ถนนเชื้อเพลิง และถนนดวงพิทักษ์ ในพื้นที่แขวงคลองเตย เขตคลองเตย กรุงเทพมหานคร

ก่อนหน้านี้ ในโครงการรถไฟฟ้ามหานครได้ใช้ชื่อสถานีนี้ว่า สถานีบ่อนไก่ เนื่องจากมีที่ตั้งอยู่ใกล้กับย่านบ่อนไก่ ด้านทิศตะวันตกของทางรถไฟสายแม่น้ำ แต่ทางการรถไฟฟ้าขนส่งมวลชนแห่งประเทศไทยได้ประกาศเปลี่ยนชื่อเป็นสถานีคลองเตย เมื่อวันที่ 9 ตุลาคม 2545 โดยให้เหตุผลว่าที่ตั้งสถานีอยู่ในเขตคลองเตย ไม่ใช่แขวงลุมพินี เขตปทุมวัน ที่ตั้งของย่านบ่อนไก่

ทั้งนี้ ย่านที่เรียกกันว่า "คลองเตย" มีพื้นที่กว้างขวาง และอาจทำให้เกิดความสับสนได้ แต่โดยทั่วไปมักหมายถึงพื้นที่ตลาดคลองเตย ซึ่งเป็นตลาดสดขนาดใหญ่ใจกลางกรุงเทพมหานคร สำหรับที่ตั้งของสถานีคลองเตยนั้นอยู่ห่างจากย่านตลาดคลองเตยมากกว่า 600 เมตร ดังนั้นผู้โดยสารที่เดินทางมาตลาดคลองเตยควรใช้บริการที่สถานีศูนย์การประชุมแห่งชาติสิริกิติ์ซึ่งอยู่ใกล้เพียง 300 เมตรจะสะดวกกว่า