Bắc Hải nằm ở tây nam khu tự trị dân tộc Choang Quảng Tây, phía đông bắc vịnh Bắc Bộ, trong phạm vi từ 108°50′45″ tới 109°47′28″ kinh đông và từ 21°29′ tới 21°55′34″ vĩ bắc. phía tây bắc giáp Nam Ninh (cách nội thành của địa cấp thị này 206 km), phía đông giáp Trạm Giang (198 km), phía đông nam giáp Hải Khẩu (147 hải lý). Cả ba mặt tây, nam, bắc đều giáp biển.

• Diện tích: 3.337 km², trong đó 957 km² là khu vực đô thị.
• Dân số: 1.480.000 (2006), ước tính năm 2006 là 305.000 người sống trong khu vực đô thị.
• Trung tâm hành chính: quận (thị hạt khu) Hải Thành (海城)

Bắc Hải cũng quản lý hai đảo Vi Châu (24,74 km²) và Tà Dương (1,8 km²) trong vịnh Bắc Bộ, nằm ở phía tây bán đảo Lôi Châu. Đảo Vi Châu cách trung tâm địa cấp thị khoảng 20,2 hải lý.

Đường bờ biển của Bắc Hải đạt trên 500 km. Khí hậu tại đây mang tính cận nhiệt đới hải dương, quanh năm ấm áp và độ ẩm cao. Không khí trong lành. Lượng giáng thủy hàng năm trung bình đạt 1.644 mm, nhiệt độ trung bình năm đạt 22,6 °C.