Puerto Madryn está ubicada en la Provincia del Chubut, sobre la costa occidental del Golfo Nuevo, a 80 Km. al norte de Rawson (capital de la provincia), a 450 Km al noreste de Comodoro Rivadavia y a 1400 Km al sur de la ciudad de Buenos Aires. Su situación geográfica es latitud 42º 46’ - longitud 65º 02’ W.

Debido a que el Golfo Nuevo está prácticamente rodeado por formaciones costeras entre las que se encuentra la Península de Valdés, la ciudad cuenta con un abrigo natural frente al embate de las aguas oceánicas. Esta protección y las profundidades del golfo proveen las condiciones ideales para albergar instalaciones portuarias destinadas a buques de gran tamaño y también para buques menores, en razón de la baja agitación de sus aguas.

La forma del Golfo Nuevo se asemeja a una elipse cuyo diámetro mayor es de 65 km. La boca de entrada es reducida y supera apenas los 15 Km. Las márgenes del golfo muestran tramos de acantilados y tramos de playa. En todos ellas, la costa marina está formada por una playa que cae en suave pendiente hacia el interior, alcanzando en general los 10 m de profundidad a una distancia de 1.000 m
Mar afuera del Golfo Nuevo se extiende el Mar Argentino con su importante riqueza ictícola. Este mar se abre hacia el Océano Atlántico Sur y comunica a Puerto Madryn con todas las rutas navieras del área.

El muelle Almirante Storni se encuentra costa afuera en el Golfo Nuevo, situado a unos 4 Km al norte de la ciudad de Puerto Madryn. Se vincula con tierra mediante un viaducto de aproximadamente 1.200 m de longitud. A unos 4.000 metros de este muelle, frente al centro de la ciudad, se encuentra emplazado el Muelle Turístico Comandante Luís Piedra Buena. Dicho muelle se reinauguró en el mes de Octubre del año 2003 para la atención de cruceros.

Rutas nacionales y provinciales

Puerto Madryn se comunica al resto de la provincia y al país a través de las siguientes rutas:

Ruta Nacional Nº 3: es la ruta nacional troncal de la costa patagónica que une la ciudad de Buenos Aires con Ushuaia. Comunica a Puerto Madryn con Trelew, Comodoro Rivadavia, Caleta Olivia, Río Gallegos, etc. hacia el sur; y hacia el norte con las ciudades de Viedma, Bahía Blanca, Buenos Aires, entre otras.
Ruta Provincial Nº1: esta ruta une la costa de la Provincia del Chubut, con las poblaciones entre Puerto Lobos, en el límite con la provincia de Río Negro, y Comodoro Rivadavia, pasando por Rawson y Camarones.
Ruta Provincial Nº4: une Puerto Madryn con la región occidental de la Provincia del Chubut. A través de esta ruta se llega a Telsen, Gastre, y El Maitén, donde empalma con la ruta nacional Nº 40.

Rutas Aereas

Puerto Madryn dispone de un aeropuerto habilitado para viajes de cabotaje, que está incluido en el grupo de aeropuertos cuya explotación se entregó en concesión a un operador privado. También se puede acceder por el aeropuerto internacional de la ciudad de Trelew, a unos 60 km al sur.