ตั้งอยู่บริเวณชายฝั่งทะเลด้านอ่าวไทยในท้องที่อำเภอแกลง และอำเภอเมือง จังหวดระยอง ครอบคลุมพื้นที่บนฝั่งและในท้องทะเล ตลอดจนเกาะต่างๆ เช่น เกาะเสม็ด เกาะจันทร์ เกาะทะลุ เกาะกุฎี เกาะมะขาม และเกาะปลายตีน เขาแหลมหญ้าและชายทะเลด้านทิศตะวันตกของเขาแหลมหญ้า สถานที่ที่เด่นที่สุดเป็นที่รู้จักกันดี คือ เกาะเสม็ดหรือเกาะแก้วพิศดาร ซึ่งกล่าวไว้ในวรรณคดีเรื่องพระอภัยมณี ความงดงามตามธรรมชาติของอุทยานแห่งชาติแห่งนี้เป็นที่ยอมรับของนักท่องเที่ยวทั้งชาวไทยและชาวต่างประเทศว่า มีทิวทัศน์สวยงาม เหมาะสำหรับการพักผ่อน