อุทยานแห่งชาติแม่เมยเริ่มมีการสำรวจว่าจัดตั้ง ตั้งแต่ปี พ.ศ.2533  เป็นหน่วยงานสังกัดส่วนอุทยานแห่งชาติ สำนักอนุรักษ์ทรัพยากรธรรมชาติ กรมป่าไม้ กระทรวงเกษตรและสหกรณ์ ที่ใช้ชื่อว่าแม่เมยนั้นเพราะว่ามีแม่น้ำเมยซึ่งกั้นระหว่างประเทศไทยและประเทศพม่า เป็นเขตด้านทิศตะวันตกเกือบ 50 กิโลเมตร จากทิศเหนือจรดทิศใต้ อีกทั้งแม่น้ำเมยนั้นเป็นแม่น้ำที่แปลก คือ จะไหลมาทางทิศใต้ขึ้นทิศเหนือ

            อุทยานแห่งชาติแม่เมยมีเนื้อที่ทั้งหมดประมาณ 185.28 ตารางกิโลเมตร หรือประมาณ 115,800 ไร่ ตั้งอยู่ในเขตท้องที่ตำบลแม่ต้านและตำบลแม่สอง อำเภอท่าสองยาง จังหวัดตาก   ในท้องที่แม่ต้านนั้น เดิมเป็นวนอุทยานแห่งชาติถ้ำแม่อุสุ มีอาณาเขตติดต่อดังนี้ คือ

          ทิศเหนือ           จรดแม่น้ำเมย

          ทิศใต้              จรดห้วยโป่งและห้วยม่วง

         ทิศตะวันออก       จรดห้วยพลูซะ ห้วยพอนอโก ตามทางหลวงสาย แม่สอด – แม่สะเรียง

         ทิศตะวันตก        จรดแม่น้ำเมย

         ในท้องที่ตำบลแม่สอง เดิมเป็นพื้นที่ป่าสัมปทานเก่า อยู่ในเขตป่าสงวนแห่งชาติ ป่าสองยาง มีอาณาเขตติดต่อดังต่อไปนี้ คือ

          ทิศเหนือ          จรดทางหลวงสายแม่สลิด – อมก๋อย

          ทิศใต้           จรดลำน้ำแม่สองและทางหลวงสายแม่สอด – แม่สะเรียง  

         ทิศตะวันออก     จรดห้วยแม่หลุยและลำน้ำแม่สอง

         ทิศตะวันตก       จรดทางหลวงสายแม่สลิด – อมก๋อย