เขตเทศบาลเมืองประจวบคีรีขันธ์ ครอบคลุมพื้นที่ 1 ตำบล คือ ตำบลประจวบคีรีขันธ์ทั้งหมด[2] มีพื้นที่รวมทั้งสิ้น 14 ตารางกิโลเมตร หรือประมาณ 8,750 ไร่ มีอาณาเขตติดต่อดังนี้

• ทิศเหนือ ติดต่อกับตำบลอ่าวน้อย อำเภอเมืองประจวบคีรีขันธ์ จังหวัดประจวบคีรีขันธ์
• ทิศใต้ ติดต่อกับตำบลเกาะหลัก อำเภอเมืองประจวบคีรีขันธ์ จังหวัดประจวบคีรีขันธ์
• ทิศตะวันออก ติดต่อกับอ่าวไทย
• ทิศตะวันตก ติดต่อกับตำบลอ่าวน้อย และ ตำบลเกาะหลัก อำเภอเมืองประจวบคีรีขันธ์ จังหวัดประจวบคีรีขันธ์