Thị xã Ba Đồn nằm bên sông Gianh, có quốc lộ 1A, đường sắt Thống Nhất đi qua, cách thành phố Đồng Hới 40 km về phía bắc và cách Đèo Ngang 25 km về phía nam.

Thị xã có vị trí địa lý:

• Phía đông giáp Biển Đông
• Phía tây giáp huyện Tuyên Hóa
• Phía nam giáp huyện Bố Trạch
• Phía bắc giáp huyện Quảng Trạch.

Thị xã Ba Đồn có diện tích 163,18 km², dân số năm 2013 là 115.196 người, mật độ dân số đạt 706 người/km².

Đây cũng là địa phương có dự án Đường cao tốc Hà Tĩnh – Quảng Bình đi qua đang được xây dựng.