ตั้งอยู่กึ่งกลางของจังหวัดประจวบคีรีขันธ์ห่างจากกรุงเทพมหานครประมาณ 281 กิโลเมตร มีแนวชายแดนไทย-เมียนมาร์ ยาวประมาณ 44 กิโลเมตร มีจุดผ่านแดน 1 แห่ง ได้แก่ ช่องด่านสิงขร หมู่ที่ 6 ตำบลคลองวาฬ ช่องที่แคบที่สุดของประเทศไทยกว้างประมาณ 11 กิโลเมตร อยู่ในเขตตำบลห้วยทราย

อำเภอเมืองประจวบคีรีขันธ์ตั้งอยู่ทางตอนกลางของจังหวัด มีอาณาเขตติดต่อกับเขตการปกครองข้างเคียงดังต่อไปนี้

• ทิศเหนือ ติดต่อกับอำเภอกุยบุรี
• ทิศตะวันออก ติดต่อกับอ่าวไทย
• ทิศใต้ ติดต่อกับอำเภอทับสะแก
• ทิศตะวันตก ติดต่อกับเขตตะนาวศรี (ประเทศเมียนมาร์)