Ba Chẽ là huyện miền núi vùng cao, cách thành phố Hạ Long 90km đường bộ, có tọa độ từ 21o07’ đến 21o23’ vĩ độ bắc và 160o58’ đến 107o24’ kinh độ đông.
Phía Bắc giáp huyện Đình Lập, tỉnh Lạng Sơn; phía Nam giáp huyện Hoành Bồ và thành phố Cẩm Phả; phía Đông giáp huyện Tiên Yên; phía Tây giáp huyện Sơn Động, tỉnh Bắc Giang.
Ba Chẽ có diện tích tự nhiên 60.855,56 ha (chiếm 10% diện tích toàn tỉnh). Địa hình núi cao. Núi non trùng điệp chia cắt đất đai thành nhiều vùng nhỏ. Cao nhất là núi Khau Giang cao trên 900m ở phía tây huyện.
Với hệ thống các sông, suối được thiên nhiên tạo hoá rất đa dạng, phong phú nên đã tạo ra được nhiều thác nước đẹp như: Thác Trúc, thác Khe Lạnh, thác Khe Ngại - xã Nam Sơn; Thác Đá Vuông, thác Sông Cổng, thác Khe O - xã Đồn Đạc; Thác Khe Lào, Thác Khe Xoong - xã Thanh Lâm; Thảo nguyên Khe Lầy - xã Đạp Thanh rất phù hợp với các điều kiện để phát triển được các điểm du lịch sinh thái.
