Thị trấn Cát Bà nằm ở phía đông nam của đảo Cát Bà, trông ra vịnh Lan Hạ và có vị trí địa lý:

• Phía tây có ranh giới trên bộ và trên biển với xã Trân Châu
• Phía bắc có ranh giới trên biển với xã Việt Hải
• Các phía còn lại đều giáp biển.

Thị trấn có diện tích 59,2 km² và dân số là khoảng 8392 người, mật độ cư dân là 141,8 người/km²[2].

Thị trấn Cát Bà còn quản lý nhiều hòn đảo nhỏ ngoài khơi như hòn Quai Xanh, hòn Sen, hòn Cát Dứa, hòn Nép, hòn Dút, hòn Cống Dùi, hòn Béo, hòn Cát, hòn Thảm, hòn Thoi Như, hòn Đá Bằng, hòn Mây Cát Bà, hòn Guốc, hòn Mít, hòn Bút, hòn hòn Nghiên, hòn Thiến, hòn Đuôi Buồm, hòn Giải Đá, hòn Thoi Nước, hòn Hang Lỗ Đầu, hòn Trọc, hòn Tù Vè, hòn Cát Đuôi Rồng, hòn Vây Rồng, hòn Cặp Ba Dế, hòn Cạp Bù Do, hòn Hang Trống, hòn Móng Rồng, hòn Búp Đuôi Rồng, hòn Gà, hòn Nến.