Ba Chẽ là huyện miền núi cao, cách thành phố Hạ Long 65km về phía bắc, có toạ độ từ 21o07’ đến 21o23’ vĩ độ bắc và từ 160o 58’ đến 107o24’ kinh độ đông. Phía bắc giáp huyện Định Lập (Đình Lập) tỉnh Lạng Sơn, phía tây giáp huyện Sơn Động tỉnh Bắc Giang, phía đông giáp huyện Tiên Yên, phía nam giáp huyện Hoành Bồ và thị xã Cẩm Phả.

Đó là các thung lũng dưới chân núi có thể cấy lúa nước, còn phần lớn là ruộng bậc thang và đất đồi trồng lúa nương và trồng sắn, ngô, khoai. Ba Chẽ có một con sông lớn sông Ba Chẽ, bắt nguồn từ núi Am Váp trên đất Hoành Bồ, dài 80km, lưu vực 978km2, chảy qua nhiều xã. Đoạn thượng lưu rất dốc, nhiều ghềnh thác. Từ thị trấn Ba Chẽ ra biển lòng sông rộng dần. (Cửa sông Ba Chẽ gặp cửa sông Tiên Yên ở phía bắc, cửa sông Voi Lớn ở phía nam. Chỗ gặp gỡ ba cửa sông - Ba Chẽ sông - chính là gốc của tên Ba Chẽ.

Ba Chẽ là huyện nhiều dân tộc, đất rộng, người thưa, mật độ dân số thấp nhất tỉnh: 30 người/km2. Dân số có 18.424 người với 4.024 hộ gia đình (tính đến thời điểm ngày 01/4/2009), gồm 9 dân tộc anh em sinh sống. Trong đó dân tộc Dao chiếm 43,75%, dân tộc Tày chiếm 15,8%, dân tộc Sán Chỉ chiếm 18,5%, dân tộc kinh chiếm 20,1% còn lại là các dân tộc khác.