Vịnh Nha Trang có diện tích khoảng 507 km² bao gồm 19 hòn đảo lớn nhỏ, trong đó Hòn Tre là đảo lớn nhất, với diện tích 3.250 ha, cách thành phố Nha Trang 5 km về phía Đông và cách cảng Cầu Đá 3,5 km, cư dân chủ yếu là khách du lịch và ngư dân.
Theo ước tính dân số thường trú trên đảo khoảng trên 1.500 người tập trung ở 2 thôn lớn là Bích Đầm và Vũng Ngán.
Đảo có những bãi biển nhỏ, hoang sơ, thảm thực vật gồm rừng cây nhỏ..... đảo nhỏ nhất là Hòn Nọc chỉ khoảng 4 ha.
Vịnh có khí hậu hai mùa rõ rệt Mùa khô kéo dài từ tháng giêng đến tháng 8, mùa mưa từ tháng 9 đến tháng 12; nhiệt độ bình quân hàng năm là 26⁰C; nóng nhất 39⁰C, lạnh nhất 14,4⁰C.
Về mặt sinh thái, vịnh Nha Trang là một trong những hình mẫu tự nhiên hiếm có của hệ thống vũng, vịnh trên thế giới bởi nó có hầu hết các hệ sinh thái điển hình, quý hiếm của vùng biển nhiệt đới.
Đó là hệ sinh thái đất ngập nước, rạn san hô, rừng ngập mặn, thảm cỏ biển, hệ sinh thái cửa sông, hệ sinh thái đảo biển, hệ sinh thái bãi cát ven bờ.
Đặc biệt khu vực Hòn Mun của Vịnh Nha Trang có đa dạng sinh học cao nhất với 350 loài rạn san hô chiếm 40% san hô trên thế giới.