Đảo Cát Bà là đảo núi đá vôi có diện tích trên 204km2, ngoài ra có khoảng 366 hòn đảo lớn nhỏ khác trong quần đảo Nam vịnh Hạ Long.
Vườn quốc gia Cát Bà là hòn đảo lớn nhất của quần đảo, cách thành phố Hải Phòng 45 km về phía Đông, cách thành phố Hạ Long 25 km về phía Nam, và cách Hà Nội khoảng 150 km về phía Đông Nam. Cát Bà là cửa ngõ tiền tuyến của thành phố và là trung tâm về đa dạng sinh học, địa chất, cảnh quan thiên nhiên và cũng là trung tâm du lịch của thành phố.
VQG Cát Bà nằm trong khoảng toạ độ địa lý sau: Từ 20044’ - 200 52’vĩ độ Bắc
Từ 1060 59’ - 1070 06 ’kinh độ Đông
Theo quyết định số 79/CP, ngày 31/3/1986 của Chủ tịch Hội đồng Bộ trưởng (nay là Thủ tướng Chính phủ), VQG có diện tích tự nhiên là 15.200 ha, thuộc địa phận hành chính của các xã sau: xã Gia Luận, xã Phù Long, xã Hiền Hào, xã Xuân Đám, xã Trân Châu, xã Việt Hải và thị trấn Cát Bà, bao bọc xung quanh các xã trên và VQG là sông, biển.
Phía Đông và Đông Bắc giáp vịnh Hạ Long được ngăn cách bởi lạch Ngăn và lạch Đầu xuôi của tỉnh Quảng Ninh.
Phía Tây và Tây Nam là cửa sông Bạch Đằng, sông Cấm và biển Hải Phòng - Đồ Sơn.
Phía Đông và đông Nam giáp với vịnh Lan Hạ
Đây là vùng nằm trong hệ thống quần đảo vịnh Hạ Long gồm rất nhiều đảo đá vôi lớn nhỏ khác nhau, trong đó Cát Bà là đảo đá vôi lớn nhất. Vùng này nằm trong vùng địa lý thực vật bắc bộ có khí hậu nhiệt đới ẩm mưa mùa. Như vậy, hệ thực vật ở đây mang tính chất của khu hệ thực vật bản địa Bắc Việt Nam.