อุทยานแห่งชาติหาดเจ้าไหม ตั้งอยู่ในท้องที่อำเภอสิเกา และอำเภอกันตัง จังหวัดตรัง อยู่ระหว่างเส้นรุ้งที่ 7 องศา 17 ลิปดา - 7 องศา 32 ลิปดา เหนือ และเส้นแวงที่ 99 องศา 13 ลิปดา - 99 องศา 29 ลิปดา ตะวันออก มีอาณาเขตทิศเหนือจดเขาจองจันทร์ อำเภอกันตัง คลองเมงและคลองลำยาวตำบลไม้ฝาด อำเภอ สิเกา จังหวัดตรัง ทิศใต้จดทะเลอันดามัน เกาะลิบง และปากน้ำกันตัง ทิศตะวันออกจดควนดินแดง ควนเม็ดจุน ควนลุ และควนแดง ทิศตะวันตกจดทะเลอันดามัน เกาะไหง เกาะม้าของอุทยานแห่งชาติหมู่เกาะลันตา

อุทยานแห่งชาติหาดเจ้าไหมสามารถแบ่งพื้นที่ออกได้เป็น 2 ส่วน ได้แก่ พื้นที่ดินชายฝั่งทะเล รวมทั้งเกาะมุกต์ เกาะกระดาน เกาะแหวน เกาะเชือก เกาะเมง เกาะปลิง และเกาะเจ้าไหม บริเวณชายฝั่งนี้ประกอบด้วยเขาหินปูนสูงชัน ทางตอนเหนือด้านตะวันออกมีเทือกเขาจองจันทร์ เทือกเขาควนเม็ดจูน เทือกเขาควนแดง ฯลฯ ซึ่งเป็นแหล่งกำเนิดต้นน้ำลำธารหลายสายที่มารวมกันเป็นคลองบางสัก ไหลลงสู่แม่น้ำตรัง

พื้นน้ำ ครอบคลุมพื้นที่ประมาณ 137.22 ตารางกิโลเมตร เป็นห้วงน้ำลึก มีความลึกเฉลี่ย 20 เมตร