Расположен на крайнем северо-востоке России. Занимает весь Чукотский полуостров, часть материка и ряд островов (Врангеля, Геральд, Айон, Ратманова и др). Это единственный регион в России, часть которого (весь Чукотский п-ов и восточная часть о. Врангеля) находится в Западном полушарии.

Омывается Восточно-Сибирским и Чукотским морями Северного Ледовитого океана и Беринговым морем Тихого океана.

На территории округа находятся два полуострова Чукотский и Дауркин, а также крайние точки России: восточная точка — остров Ратманова, восточная континентальная точка — мыс Дежнёва. Здесь расположены: самый северный город России — Певек и самый восточный — Анадырь, а также самое восточное постоянное поселение — Уэлен.