Vườn quốc gia Núi Chúa thuộc huyện Ninh Hải, tỉnh Ninh Thuận, giáp với tỉnh Khánh Hòa. Ở vị trí cực đông của Nam Trung Bộ, nơi tiếp giáp giữa vùng Đông Nam Bộ và Nam Trung Bộ, có toạ độ từ 11°35'25" đến 11°48'38" vĩ bắc và 109°4'5" đến 109°14'15" kinh đông, giới hạn phía bắc là ranh giới giáp tỉnh Khánh Hòa. Nếu dựa trên địa hình tự nhiên cả quần thể vùng núi thì ranh giới phía bắc phải đến 11°52'27" tại Mũi Xốp thuộc Hòn Một ngay cửa vịnh Cam Ranh, như vậy chiều bắc nam sẽ là khoảng 33 km và tổng chiều dài đường bờ biển sẽ đến 57 km.[2]

Khu vực Núi Chúa có ba mặt giáp biển. Ngay phía bắc là phần dưới của vịnh Cam Ranh thuộc xã Cam Lập thành phố Cam Ranh tỉnh Khánh Hòa, Phía đông và nam là Biển Đông với các xã Vĩnh Hải và Nhơn Hải thuộc huyện Ninh Hải. Phía nam là đầm Nại, phía tây giới hạn bằng chính quốc lộ 1A.