Nằm ở phía tây nam vịnh Hạ Long, hồ Ba Hầm nằm trên đảo Đầu Bê thuộc vịnh Lan Hạ. Đảo Đầu Bê là một trong những nhóm đảo phía ngoài cùng của vịnh Hạ Long tiếp giáp với vùng biển Long Châu bát ngát. Hồ Ba Hầm ở giữa một trũng biển hẹp hình chữ nhật, bốn bề núi cao dựng đứng.