Akcja właściwa powieści Frances Hodgson Burnett rozgrywa się w przeciągu kilku miesięcy (od wczesnej wiosny do jesieni) pod koniec XIX wieku.
Miejscem akcji jest przede wszystkim posiadłość Misselthwaite Manor w hrabstwie Yorskshire w południowo-wschodniej Anglii, należąca do Archibalda Cravena. Akcja dwóch pierwszych rozdziałów „Tajemniczego ogrodu” rozgrywa się w Indiach, w domu rodziców Mary Lennox oraz w domu pastora Crawforda. Natomiast ostatni rozdział powieści przybliża podróż pana Cravena po Europie i rozgrywa się w Norwegii, Szwajcarii, dolinie Tyrolu oraz nad jeziorem Como. Fabuła dzieła obejmuje ponadto lata wcześniejsze – narodziny Mary i Colina, a także tragiczne wydarzenia w ogrodzie, które wydarzyły się przed dziesięcioma laty.