Thị trấn Cát Hải nằm ở phía đông nam của đảo Cát Hải, có vị trí địa lý:

• Phía bắc giáp xã Đồng Bài
• Phía tây giáp xã Văn Phong
• Phía đông có ranh giới trên biển với xã Phù Long.
• Phía nam giáp vịnh Bắc Bộ.

Thị trấn Cát Hải có phà Gót nối đến đảo Cát Bà. Nhiều diện tích của thị trấn Cát Hải là các bãi bồi và bị ngập khi thủy triều lên cao.

Thị trấn Cát Hải có diện tích 6,64 km², dân số là khoảng 6.871 người, mật độ dân số đạt khoảng 1.035 người/km²[2].