Xã Tam Quan nằm ở phía Đông Bắc của huyện Tam Đảo, cách trung tâm huyện khoảng 5 km, cách thành phố Vĩnh Yên 15 km về phía Bắc.

Xã có địa giới hành chính: phía Nam giáp xã Kim Long (Tam Dương) và xã Hồ Sơn (Tam Đảo), phía Tây giáp xã Hướng Đạo (Tam Dương), phía Bắc giáp xã Hoàng Hoa (Tam Dương) và xã Đại Đình.