Большой Водораздельный хребет расположен южнее экватора, пересекается Южным тропиком почти посередине, 0 и 180 меридианами не пересекаются, находится западнее 180 меридиана, севернее Южного полярного круга.
Хребет расположен на восточном и юго-восточном побережье материка Австралия, вытянут с севера на юг и имеет координаты 25° ю.ш. 147° в.д.
Он расположен западнее Большого Барьерного рифа и Тасманова моря, севернее Бассова пролива и острова Тасмания, южнее полуострова Йорк, восточнее Большого Артезианского бассейна и Центральной низменности.