Huyện nằm giữa tỉnh Quảng Ninh, huyện lỵ là thị trấn Ba Chẽ nằm cách thành phố Hạ Long khoảng 50 km về hường bắc. Phía bắc giáp với tỉnh Lạng Sơn, phía tây giáp với tỉnh Bắc Giang, phía đông giáp với huyện Tiên Yên, phía nam giáp các thành phố Hạ Long và Cẩm Phả.

Huyện Ba Chẽ có diện tích 606,5 km².

Dân số của huyện Ba Chẽ ít nhất Quảng Ninh:

• Năm 2004 là 16.000 người.
• Tính đến thời điểm 01/4/2009 có 18.424 người với 4.024 hộ gia đình[2]. Mật độ dân số thấp nhất tỉnh: 30 người/km²[2].
• Tính đến 2019: Huyện Ba Chẽ có trên 5.300 hộ dân, trong đó dân tộc thiểu số trên 3.800 hộ với tổng dân số 27.430 người, gồm 10 dân tộc anh em sinh sống (Dao, Tày, Kinh, Hoa, Sán Dìu, Sán Chỉ, Nùng, Cao Lan, Mường, Thái), phân bổ rải rác tại 75 thôn, khu phố; dân tộc thiểu số chiếm 80% dân số. Trong đó: dân tộc Dao chiếm 41%, dân tộc Kinh chiếm 21%, dân tộc Tày chiếm 16%, dân tộc Sán Chỉ chiếm 14%, còn lại là các dân tộc khác. Mật độ dân số bình quân 45 người/km², trình độ dân trí không đồng đều. (nguồn Cổng TTDT huyện Ba Chẽ Lưu trữ 2016-03-04 tại Wayback Machine).
• Tính đến 2019 có 27.430 người với 5.300 hộ gia đình.
• Huyện ly là thị trấn Ba Chẽ nằm trên tỉnh lộ 329 cách thành phố Hạ Long khoảng 55 km về hướng đông bắc, tỉnh lộ 330 theo hướng đông bắc đi huyện Tiên Yên.