Nasjonalparken ligger i kommunene Dovre og Folldal. Den grenser opp til Grimsdalen landskapsvernområde i sør og sørøst mot Rondane og til Fokstugu landskapsvernområde i nordvest mot E6 og Dovrefjell-Sunndalsfjella nasjonalpark. Parken grenser i nordøst også mot Vesle Hjerkinn landskapsvernområde. Disse landskapsvernområdene gjør at de tre nasjonalparkene utgjør et sammenhengende verneareal. Inne i Dovre nasjonalpark ligger Kattuglehøi naturreservat og Veslehjerkinntjønnin naturreservat. Like utenfor parken ligger Fokstumyra naturreservat, Haukskardmyrin naturreservat, Hjerkinnholen naturreservat og Mesætermyre naturreservat.