Huyện đảo Trường Sa nằm về phía đông và đông nam bờ biển Việt Nam, được thiết lập dựa trên cơ sở là toàn bộ quần đảo Trường Sa thuộc Biển Đông. Huyện đảo trải dài với tọa độ địa lý từ 6°50'00" đến 12°00'00" vĩ độ Bắc và từ 111°30'00" đến 117°20'00" kinh độ Đông, cách thành phố Cam Ranh 248 hải lý và cách thành phố Vũng Tàu (tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu) 305 hải lý (tính từ đảo Trường Sa).

Về mặt địa lý, quần đảo Trường Sa là một tập hợp hơn một trăm đảo nhỏ, bãi đá ngầm hình thành từ san hô (nằm lập lờ hoặc nhô lên khỏi mặt nước khi thủy triều xuống thấp), bãi cát ngầm, bãi ngầm và bao bọc một vùng biển rộng khoảng 198.964 km². Khoảng cách giữa các đảo cũng khác nhau; nếu đảo Song Tử Đông và đảo Song Tử Tây chỉ cách nhau khoảng 1,5 hải lý thì đảo Song Tử Tây lại cách đảo An Bang đến 230 hải lý. Số lượng đảo thực sự rất ít mà chủ yếu là các rạn đá ngầm có thể chỉ nổi một phần nhỏ khi thủy triều xuống. Ba đảo có diện tích đứng đầu Trường Sa, theo thứ tự giảm dần, là đảo Ba Bình (khoảng 0,4896 km²), đảo Thị Tứ (khoảng 0,372 km²) và đảo Bến Lạc (khoảng 0,186 km²). Đảo cao nhất là Song Tử Tây ở phía bắc quần đảo với độ cao khoảng 4–6 m khi thủy triều thấp nhất.[2] Thực thể địa lý nằm xa nhất về cực nam là đá Sác Lốt.

Việt Nam chia quần đảo Trường Sa thành tám cụm là Song Tử, Loại Ta, Thị Tứ, Nam Yết, Sinh Tồn, Trường Sa, Thám Hiểm (An Bang) và Bình Nguyên.[3]