Vùng đệm Di sản có diện tích 6.026 ha, bao gồm chủ yếu là làng mạc và các cánh đồng lúa. Vùng đệm có vai trò rất quan trọng trong việc bảo vệ tính toàn vẹn và bổ trợ cho các giá trị nổi bật toàn cầu của Di sản.

Các loại hình có giá trị thuộc Vùng đệm được chia thành các nhóm như sau:

- Các giá trị cảnh quan thiên nhiên, sông Sào Khê và sông Ngô Đồng, sông Bến Đang, sông Chanh, các thung, áng, hồ nước và sông suối; các hang động tự nhiên.

- Giá trị cảnh quan nông nghiệp, các khu vực trồng màu, các vườn cây …

- Các di tích khảo cổ.

- Các di tích lịch sử, kiến trúc nghệ thuật truyền thống.

- Các làng truyền thống và các giá trị văn hoá phi vật thể.

Vùng đệm Di sản được phép nhưng kiểm soát nghiêm ngặt các hoạt động xây dựng và được chia thành 04 khu: Bái Đính (phía Tây), Trường Yên - Ninh Hòa (phía Bắc), Ninh Nhất - Ninh Tiến (phía Đông), và Ninh Thắng - Ninh Hải (phía Nam).

Khu Bái Đính (phía Tây): Là khu du lịch tâm linh và đô thị đại học mới. Dân số dự báo đến 2030 khoảng 20.000 người. Đất xây dựng đô thị và nông thôn khoảng 1.330 -1.460 ha, trong đó đất dân dụng khoảng 750-800 ha, đất ngoài dân dụng khoảng 580-660 ha. Chia thành hai phân khu:

- Phân khu phát triển đô thị Bái Đính: Thuộc xã Gia Sinh, là khu đô thị mới và khu du lịch tâm linh. Dân số dự báo đến năm 2030 đạt khoảng 10.000-12.000 người; đất xây dựng đô thị khoảng 710-800 ha.

- Phân khu nông thôn Bái Đính: Thuộc xã Sơn Lai, là khu đô thị đại học mới và khu dân cư nông thôn. Dân số dự báo đến năm 2030 đạt khoảng 8000-10.000 người; đất xây dựng khu dân cư nông thôn khoảng 380-400 ha; đất xây dựng cơ sở kinh tế kỹ thuật tạo động lực phát triển đô thị 240-260 ha.

Khu Trường Yên-Ninh Hòa (phía Bắc): Cửa ngõ phía Bắc Quần thể Danh thắng Tràng An. Là khu dân cư nông thôn kết hợp dịch vụ du lịch. Dân số dự báo đến 2030 khoảng 5.110 người. Đất xây dựng khu dân cư nông thôn khoảng 122,10 ha.

- Khu Ninh Nhất - Ninh Tiến (phía Đông): Cửa ngõ phía Đông Quần thể Danh thắng Tràng An. Là khu dân cư kết hợp dịch vụ du lịch. Dân số dự báo đến 2030 khoảng 2.230 người. Đất xây dựng khu dân cư khoảng 101,30 ha.

- Khu Ninh Hải - Ninh Thắng (phía Nam): Cửa ngõ phía Nam Quần thể Danh thắng Tràng An. Là khu dân cư kết hợp dịch vụ du lịch. Dân số dự báo đến 2030 khoảng 9.000 người. Đất xây dựng khu dân cư khoảng 174,53 ha.