Bãi Cháy nguyên là một đảo hình thoi dài 6 km, chỗ rộng nhất là 2 km, diện tích 1145,85 ha. Địa hình đồi núi, đỉnh cao nhất 162m. Phía Bắc đảo là vịnh Cửa Lục, quốc lộ 18A mở từ những năm 1930. Phía Nam đảo nhìn ra Vịnh Hạ Long có đường Hạ Long xây dựng từ năm 1959. Phường có đảo Rều cách bờ 300m (dễ dàng thấy khi đi từ Cảng tàu du lịch Bãi Cháy ra Vịnh). Phía Đông đảo có bến phà (nay là cầu) nối với phường Hồng Gai. Cảng xăng dầu B12 là cảng xăng dầu lớn nhất cả nước, trước 1965 là cảng Hải Quân.

Bãi Cháy có một bãi biển nhân tạo, nằm dọc vịnh Hạ Long, bãi cát có chiều dài hơn 1000m và rộng 100m. Đây là bãi tắm thu hút rất đông du khách vào mùa du lịch biển. Đặc điểm địa hình là một dải đồi thấp chạy thoai thoải về phía biển, kéo dài hơn 2 km ôm lấy hàng thông cổ thụ, nằm xen là những khách sạn, những biệt thự nhỏ kiến trúc riêng biệt.