Хангай находится в западной и центральной частях Монголии, примерно в 400 километрах западнее столицы страны —
Улан-Батора. Хребет вытянут на северо-запад и лежит на территории
Ара-Хангайского,
Баян-Хонгорского,
Увэр-Хангайского и
Дзабханского аймаков. Расположен на Монгольском плоскогорье, протяжённость хребта около 700 километров. На юге Хангай ограничен полупустынной Долиной Озёр, на западе - полупустынной
Котловиной Больших Озёр, на севере - смежен с отрогами
Восточного Саяна. С востока постепенно переходит в низкогорья, смыкающиеся с таковыми западных окраин гор Хэнтэй.