《山海經》所描述的地理範圍一直受人關注，書中所說的地方究竟在哪裏？其實書中提及的疆域包括禹域內外，即當時中國疆域內外的範圍。《山海經》成書經歷一個漫長的過程，同時中國疆域也在逐步擴大。它成書時，山經部分顯然屬於華夏核心範圍。海經情況稍微複雜，第一，它可能處於華夏的邊疆地區，正在逐漸被納入；第二，海經的海內部分，應該已屬華夏，海外部分則正在融入之中；第三，全書最末一篇〈海內經〉，成書較晚，那時的南方領土如湖南南部以至嶺南部分，已經納入中國版圖，有秦朝以後的認識。至於荒經，該部分成書時還不屬華夏範圍。

關於《山海經》的地理範圍，學界主要有三說：傳統的華夏說（或亞洲圈說）、局部小區說、世界圈說。

一、華夏說（或亞洲圈說）最近實際

持此說者認為「山經」所載的山川多為歷代巫師、方士、祠官的勘察記錄，雖然傳寫編纂會有誇飾，但仍較正確，偏遠地區的資料相信是來自傳聞與想象，或較失實。中國歷史地理學家譚其驤考訂全部「山經」共載山447座，範圍東達東海之濱，西抵新疆天山。按所述地理環境，北邊似已越過蒙古高原而至西伯利亞，南至嶺南。對今豫西、晉南、陝中地區的記載最為詳確。「海經」描述的地理範圍遠及朝鮮、日本、中南半島、阿富汗、俄羅斯等國。《山海經》是世界上最早明確記載朝鮮地理的文獻。朝鮮長期是中國的藩屬國，屬於中華文化圈，部分地區曾納入中國版圖，開化程度高。《山海經》記載了其國花木槿花「海東有君子國，衣冠帶劍，好讓不爭。有薰華草，朝生夕死。」「薰華草」即堇花草，是朝鮮國的國花木槿花。日本地理學家小川琢治認為：「《山海經》一書遠比一向認為金科玉律之地理書《禹貢》為可靠，其於中國歷史及地理之研究為唯一重要之典籍。」所以合觀《山海經》華夏說、亞洲圈說是最近實際。

二、局部小區說

有些學者認為《山海經》描述的地域範圍很小，只及中國境內某一局部地域。例如歷史學家何幼琦撰《海經新探》說，其山川疆域只在今山東省中南部，以泰山為中心的地域。學者扶永發認為，《山海經》記述的是雲南西部縱谷地區的地理，書中的古崑崙山即今橫斷山脈地區。另一學者王寧認為「山經」範圍大體以今山東省為中心，略及冀南、豫東和蘇皖北部。此類說法過於保守，失之偏頗。

三、世界圈說

此說大致屬於中國文化西來說一派，法裔英國人拉克伯里、瑞典安特生即有此議，梁啟超及蘇雪林的中亞、西亞說亦是，甚至進而認為《山海經》所述地理事物遠及非洲、歐洲、大洋洲和美洲。對於此派諸多說法，主流學界往往持審慎態度。此派很多說法讓人關注，其方法主要是根據讀音近似，加上大致地理方位，以及一些相似的文化現象，並結合其他相關知識，以判斷書中的地名。比如認為：「扶桑」即「富士山」，因二者漢語讀音相似；發鳩山（現太行山支脈）指南太平洋島國斐濟；西極就是弇茲，即今天的英國，因「奄茲」、「弇茲」與英吉利一詞讀音相近，且與日落之神的方位符合；「希臘」在希臘語中就是「夏」的意思；不周山，即為「莫桑鼻給」，諧音莫桑比克，實際是當今東非大裂谷範圍。歐美一些學者認為〈大荒東經〉的「光華之谷」描寫的是美國科羅拉多大峽谷。諸如此類，不一而足。宮玉海是此派代表，其《談談如何揭開山海經奧秘》對《山海經》一些地名作了闡釋，地域涉及今歐洲、非洲、大洋洲、美洲等地，認為「整個世界只有一個大陸時，就是〈海內經〉時代。」美國埃墨里大學人類生物化學家華萊士教授及其同事認為，北美印第安人可能是中國人的後裔。不過，這跟現代分子人類學檢測結果並不符合。

以〈大荒西經〉中的「壽麻」為例，為確定其位置，很多學者參與其中，當中不乏權威之人，如郭沫若認為是巴比倫先族蘇美爾（Sumer）；徐南洲認為是Sumatra的對譯即蘇門答臘；袁珂認為壽麻之國即今日斯里蘭卡共和國；胡遠鵬認為壽麻指索馬里。

地名方位問題

《山海經》有些地名值得存疑，如「蒼梧」這個地名出現幾次，但方位矛盾。全書最末篇〈海內經〉載：「南方蒼梧之丘，蒼梧之淵，其中有九嶷山，舜之所葬，在長沙零陵界中。」〈大荒南經〉：「有阿山者。南海之中，有泛天之山，赤水窮焉。赤水之東，有蒼梧之野，舜與叔均之所葬也。」這兩處的蒼梧，在中國南方今湖南南部。〈海內東經〉：「西胡白玉山在大夏東，蒼梧在白玉山西南，皆在流沙西，崑崙虛東南。崑崙山在西胡西。皆在西北。」此處的蒼梧，則在西方「流沙西」，方位跟前述不符，可能是一名多指，並非同一地方，或者地名僑置，也不排除作者誤記。

《山海經》中少數地名與方位記載，曾引起爭議。如在末篇的〈海內經〉：「東海之內，北海之隅，有國名曰朝鮮、天毒，其人水居，偎人愛人。」有人認為「天毒」為身毒之誤，即南邊的印度，但《山海經》說它在北海之隅，與朝鮮並稱，故方位不合。有人認為天毒應是「天竹」之音譯誤記，即古孤竹國，為殷商諸侯國。另外，海南島古稱儋州，淵源出自《山海經》，是最早出現「儋耳」這個地名。〈大荒北經〉曰：「有儋耳之國，任姓，禺號子，食穀，北海之渚中。」 《山海經》將儋耳置於北海，所以《呂氏春秋》才會有「北懷儋耳」之說，這是《呂氏春秋》取材於〈大荒北經〉的證明。郭沫若曾誤認為〈大荒北經〉將儋耳的地望置於北海，是因為沿襲了《呂氏春秋》，顛倒了因果。