Tam Đảo là tên gọi của 3 đỉnh núi cao: Thiên Thị (1,375 m); Thạch Bàn (1,388 m); Phù Nghĩa (1,375 m). Vườn quốc gia Tam Đảo nằm trong dãy núi Tam Đảo, chạy dài trên 80 km theo hướng Tây Bắc - Đông Nam, từ huyện Sơn Dương (tỉnh Tuyên Quang) đến thị xã Phúc Yên (tỉnh Vĩnh Phúc), có toạ độ địa lý từ 21021’ - 21042’ vĩ độ Bắc; 105023’ - 105044’ kinh độ Đông, trên địa giới hành chính 3 tỉnh: Vĩnh phúc, Thái Nguyên và Tuyên Quang. Trung
tâm Vườn cách Thủ đô Hà Nội 75 km về phía Tây Bắc và cách thành phố Vĩnh Yên 13 km về phía Đông Bắc. Vườn quốc gia Tam Đảo nằm trên địa giới hành chính của 23 xã, thị trấn của 6 huyện, thị xã thuộc 3 tỉnh, đường ranh giới tự nhiên dài trên 200 km, được xác định từ độ cao 100 m trở lên. Trụ sở văn phòng Vườn đặt tại km 13 thuộc xã Hồ Sơn, huyện Tam Đảo, tỉnh Vĩnh Phúc, Cụ thể như sau:
- Phía Đông giáp huyện Đại Từ, tỉnh Thái Nguyên;
- Phía Nam và Đông Nam giáp huyện Phổ Yên (tỉnh Thái Nguyên), thành phố Phúc Yên (tỉnh Vĩnh Phúc);
- Phía Tây giáp 2 huyện Bình Xuyên và Tam Đảo, tỉnh Vĩnh Phúc; - Phía Bắc giáp huyện Sơn Dương, tỉnh Tuyên Quang.
Vườn quốc gia Tam Đảo được quy hoạch ban đầu có diện tích là 36.883 ha từ độ cao 100 m trở lên. Sau khi điều chỉnh ranh giới năm 2011 (Quyết định 1520/2010/QĐ-BNN-TCLN) thì diện tích hiện nay do VQG Tam Đảo quản lý là 32.887,3 ha. Với vị trí địa lý của VQG Tam Đảo nằm tiếp giáp với vùng đồng bằng sông Hồng - vùng đông dân, trình độ dân trí cao; có hệ thống giao thông đường bộ (quốc lộ), đường sắt, đường hàng không rất thuận lợi cho kết nối giữa VQG Tam Đảo với các địa phương trong nước và quốc tế; và nằm trong vùng chuyển tiếp giữa vùng đồng bằng và vùng núi trung du Bắc Bộ nên VQG Tam Đảo có tiềm năng, lợi thế để bảo tồn, phát triển bền vững, đặc biệt là phát triển du lịch sinh thái, song bên cạnh đó cũng chịu sức ép không nhỏ cho công tác bảo tồn đa dạng sinh học.
3.1.2. Địa hình
Tam Đảo là một khối núi thuộc phần cuối của dãy núi cánh cung thượng nguồn sông Chảy, Địa hình núi Tam Đảo có đặc điểm là đỉnh nhọn, sườn rất rốc, độ chia cắt sâu, dày bởi nhiều dông phụ, gần như vuông góc với dông chính. Núi Tam Đảo gồm có trên 20 đỉnh được nối với nhau bằng đường dông sắc nhọn. Các đỉnh có độ cao trên dưới 1.000 m, Đỉnh cao nhất là đỉnh
Tam Đảo Bắc cao 1.592 m. Chiều ngang của khối núi rộng 10 - 15 km, sườn rất dốc và chia cắt mạnh. Độ dốc bình quân 16 - 350, nhiều nơi dốc trên 350, Độ dốc cao của núi giảm nhanh về phía Đông Bắc xuống vùng lòng chảo Đại Từ tạo nên những mái dông đứng.