Đảo Bạch Long Vĩ có dạng hình tam giác, dài 3 km (hướng đông bắc - tây nam), rộng 1,5 km (tây bắc - đông nam[5]) với chu vi khoảng 6,5 km.[6] Đảo có diện tích khoảng 1,78 km² ở mức triều cao nhất và khoảng 3,05 km² ở mức triều thấp nhất.[5] Địa hình trên đảo là một dải đồi cao nhưng khá thoải với 62,5% diện tích đất có góc dốc dưới 5°. Quanh đảo là vùng bãi triều và bãi biển với diện tích khoảng 1,3 km², chủ yếu hình thành từ thềm đá gốc bị mài mòn bởi sóng. Có nhiều mỏm đá ngầm và rãnh ngầm sát bờ đảo.[5] Khí hậu của đảo có hai mùa chính: mùa mưa diễn ra từ tháng 5 đến tháng 8 còn mùa khô kéo dài từ tháng 10 đến tháng 3. Nhiệt độ không khí trung bình khoảng 23,3 °C; lượng mưa trung bình năm là 1.031 mm. Trung bình thì khoảng một đến hai cơn bão tràn qua đảo mỗi năm.[7]