天涯海角游览区位于三亚市西南方向23千米处，位于三亚湾和红塘湾之间的岬角上，东部以高速公路与大兵河交汇处为起点，沿大兵河西岸至入海口为界，北以西线高速公路为界，西至马岭山麓水田以公路桥为界，南以离海岸线1.5千米的海域等距线为界。总面积为16.50平方千米，其中陆域面积9.04平方千米，海域面积7.46平方千米。
天涯海角游览区靠山面海，区域内最高峰为下巧岭（海拔41.7米），此外还有平安岭（海拔240.5米）、簸箕岭（海拔96.6米）等一系列山丘，地势东北部稍低，起伏较缓，大兵河经此自北向南在景区东北部肖旗港汇入南海。
天涯海角的自然景观是由大型海滩岩、下马岭、天涯湾以及沙滩和海水组成。游览区主要有“天涯”石、“海角”石、“南天一柱”等景点。