Das Naturschutzgebiet Hardenberger Bachtal liegt im Stadtgebiet der kreisfreien Stadt Wuppertal, nördlich der Stadtteile Katernberg und Uellendahl und erstreckt sich nach Norden bis an die Gemeindegrenze von Velbert im Kreis Mettmann. Nach Osten reicht das Gebiet bis an die Bebauung des Stadtteiles Dönberg.