Se localiza en la parte suroriental de la II Región de Antofagasta a 275 km. de la ciudad de Antofagasta, en las alturas de la Cordillera de los Andes. posee una extensión de 268.670 hectáreas.
Existen varias vías de acceso al Parque.
- Desde la ruta 5 norte, en el kilómetro 1310 se debe continuar al este a través de la ruta B-55, por el paso Socompa, este camino conduce al cruce con el camino al Salar de Punta Negra. Hay que acceder a este camino y tomar la bifurcación que existe, en dirección este, que conduce al Parque Nacional Llullaillaco, a través del interflujo de las quebradas Las Zorras y las Zorritas. Por este acceso se llega directo a la administración que existe en la zona alta de la quebrada.
- La ruta B-865 es un camino de ripio que viene desde Taltal. Atraviesa la depresión intermedia y la cordillera de la Domeyco, este intercepta el camino que proviene del Salar de Punta Negra.
- Desde San Pedro de Atacama al Parque Nacional Llullaillaco se puede acceder por la ruita 23 San Pedro de Atacama - Toconao, a través de 38 kms., luego se debe continuar por la ruta B-355 que se va por la orilla del Salar de Atacama.
- Por último la sociedad minera la Escondida construyó un camino que nace en la bifurcación hacia Antofagasta, en la ruta 5 Norte, atravesando las instalaciones de la minera se llega finalmente al camino hacia el Salar Punta Negra. Este camino es de acceso restringido, se necesita el permiso de la minera para atravesarlo.
