Парк получил название от расположенных в его центральной части трёх иглоподобных гранитных гор Торрес-дель-Пайне высотой от 2600 до 2850 м. В переводе с мапуче пайне — голубой, т.о. Торрес-дель-Пайне — Голубые башни.

Национальный парк Торрес-дель-Пайне расположен на юге Чили, в Патагонии. Административно относится к области Магальянес-и-ла-Антарктика-Чилена и находится в 140 км севернее города Пуэрто-Наталес и в 312 км севернее Пунта-Аренас. На северо-востоке Торрес-дель-Пайне граничит с Аргентиной.

Площадь национального парка равна 2 420 км². На его территории имеются многочисленные горы высотой до 3 000 м, ледники, фьорды и озёра. Центральную часть парка занимает горный массив Пайне[en], в котором находится наивысшая точка парка — гора Пайне-Гранде (3 050 м). У южных склонов массива лежат озёра Пехое и Норденшельд (названное так в честь шведского исследователя Эрика Адольфа Норденшельда). В западной части пака расположены ледник Грей[en] с озером Лаго-Грей, в южной — озеро Лаго-дель-Торо, в восточной — озеро Сармиенто-де-Гамбоа.