Hải Khẩu nằm trên bờ biển phía bắc của đảo Hải Nam, cạnh vịnh Hải Khẩu, đối diện với bán đảo Lôi Châu của Trung Quốc đại lục qua eo biển Quỳnh Châu. Thành phố nằm trên bình nguyên Hà Khẩu, trong khoảng tọa độ từ 19,57 - 20,05 ° vĩ bắc, 110,10 - 110,23 ° kinh đông của phần cực nam Trung Quốc trong một khu vực trải dài từ ám sa Tằng Mẫu ở phía nam đến eo biển Quỳnh Châu ở phía bắc, giáp các vùng biển thuộc biển Đông và ngăn cách với vùng Bắc Bộ của Việt Nam ở phía tây bởi vịnh Bắc Bộ. Về mặt hành chính, phía tây của nó là huyện Lâm Cao, phía nam là huyện An Định, phía đông là thành phố Văn Xương.

Phần lớn thành phố gần như hoàn toàn bằng phẳng và chỉ cao hơn mực nước biển vài mét. Nó có diện tích 2.304,84 km2 (889,90 sq mi). Sông Meishe uốn lượn qua phía đông của thành phố, chảy theo hướng bắc đến sông Haidian.

Phần phía bắc của thành phố Hải Khẩu, huyện của đảo Haidian, được ngăn cách với phần chính của Hải Khẩu bởi sông Haidian, một phụ lưu của sông Nam Độ. Quận này được kết nối bằng một trong bốn cây cầu, lớn nhất là cầu Hải Khẩu Thế kỷ, nối quận Guomao với đảo Haidian ở cửa sông Haidian. Từ đông sang tây, ba kết nối đường còn lại được cung cấp bởi các Cầu Renmin, Hà Bình và Xinbu.

Phía đông bắc của Hải Khẩu và ở phía đông của đảo Haidian là đảo Xinbu.