Nacionalni park Mljet proteže se između 17°19’19” i 17°26’43” istočne zemljopisne dužine te 42°45’55” i 42°48’23” sjeverne zemljopisne širine. Pruža se smjerom sjeverozapad – jugoistok, paralelno uz istočnu polovicu poluotoka Pelješca od kojega ga odvaja Mljetski kanal širine 8 km.
Na otoku vlada sredozemna klima, a podneblje se odlikuje suhim i toplim ljetima te blagim zimama sa znatnom količinom padalina. Na Mljetu se razlikuju dva klimatska razdoblja, hladnije zimi i u jesen, te toplije u proljeće i ljeto. Od vjetrova na Mljetu je česta bura kao hladan vjetar te jugo kao vlažan vjetar, koji donosi oblačno vrijeme i padaline. U ljetnim mjesecima gotovo svakodnevno je prisutan i maestral, zbog kojeg se i velike ljetne vrućine lakše podnose.