อุทยานแห่งชาติหาดเจ้าไหมสามารถแบ่งพื้นที่ออกได้เป็น 2 ส่วน ได้แก่
พื้นที่ดินชายฝั่งทะเล รวมทั้งเกาะมุกต์ เกาะกระดาน เกาะแหวน เกาะเชือก เกาะเมง เกาะปลิง และเกาะเจ้าไหม บริเวณชายฝั่งนี้ประกอบด้วยเขาหินปูนสูงชัน ทางตอนเหนือด้านตะวันออกมีเทือกเขาจองจันทร์ เทือกเขาควนเม็ดจูน เทือกเขาควนแดง ฯลฯ ซึ่งเป็นแหล่งกำเนิดต้นน้ำลำธารหลายสายที่มารวมกันเป็นคลองบางสัก ไหลลงสู่แม่น้ำตรัง
พื้นน้ำ ครอบคลุมพื้นที่ประมาณ 137.22 ตารางกิโลเมตร เป็นห้วงน้ำลึก มีความลึกเฉลี่ย 20 เมตร