อุทยานแห่งชาติทะเลบัน ตั้งอยู่ในภาคใต้ของประเทศไทยระหว่างเส้นรุ้งที่ 6 องศา 25 ลิปดา – 6 องศา 48 ลิปดา เหนือ และเส้นแวงที่ 100 องศา 05 ลิปดา – 100 องศา 13 ลิปดา ตะวันออก มีอาณาเขตติดต่อเขตรักษาพันธุ์สัตว์ป่าโตนงาช้างทางทิศเหนือ ทิศตะวันออกจดอำเภอสะเดา จังหวัดสงขลา ทิศใต้จดรัฐเปอร์ลิส ประเทศสหพันธรัฐมาเลเซีย และทิศตะวันตกจดทะเลอันดามัน มหาสมุทรอินเดียพื้นที่ส่วนใหญ่ของอุทยานแห่งชาติทะเลบันเป็นภูเขาสลับซับซ้อน ประกอบด้วย เขาวังช้าง เขาหินร้อง เขาวังพะเนียด เขาจีน เขามดแดง เขาหาบเคย เขากวงใหญ่ เขากวงเล็ก เขาวังหมู เขาวังกลวง เขากายัง เขากล่ำ เขาปูยู และเขาวังกูนอง มียอดเขาที่สูงที่สุดอยู่ในเทือกเขาจีน สูงประมาณ 756 เมตรจากระดับน้ำทะเลปานกลาง เทือกเขาทางด้านอำเภอเมืองหรือด้านทิศตะวันตกของอุทยานแห่งชาติมีลักษณะเป็นเทือกเขาหินปูนใน ยุคออร์โดวิเชียน (500-435 ล้านปีมาแล้ว) หินดินดาน และหินควอร์ตไซต์ ซึ่งมีการกัดเซาะตามธรรมชาติจึงเกิดเป็นถ้ำขนาดใหญ่อยู่หลายแห่งเช่น ถ้ำโตนดิน ถ้ำผาเดี่ยว และถ้ำลอดปูยู เป็นต้น ส่วนทางด้านทิศตะวันออกของอำเภอควนโดนจะเป็นหินแกรนิตใน ยุคครีเทเชียส (141-65 ล้านปีมาแล้ว) และหินแกรโนไดโอไรต์ นอกจากนี้อุทยานแห่งชาติทะเลบันยังได้รวมพื้นที่อีก 1 เกาะ ซึ่งติดแนวเขตประเทศ คือ เกาะปรัสมานาเทือกเขาจีนเป็นแหล่งต้นน้ำลำธารที่ประกอบด้วยลำธารย่อย ๆ มากมายที่สำคัญคือ คลองกลางบ้าน คลองยาโรย คลองตูโย้ะ มีน้ำตกที่สวยงาม 2 แห่ง ได้แก่ น้ำตกยาโรย และน้ำตกโตนปลิว ส่วนทางด้านทิศใต้ของอุทยานแห่งชาติบริเวณเขาบ่อน้ำมีคลองท่าส้ม และบริเวณแนวเขตของอุทยานแห่งชาติทางทิศตะวันตก เป็นลำธารน้ำกร่อยและน้ำเค็มในพื้นที่ป่าชายเลนตลอดแนวตะวันตก