Vịnh Vân Phong nằm giới hạn trong khoảng 109°10’÷109°26’ Đông và 120°29’÷120°48’ Bắc. Vịnh cách Nha Trang về phía Bắc hơn 30 km theo đường chim bay, 60 km đường bộ và 40 hải lý theo đường biển.

Bao gồm nhiều đảo và vũng:

Phía Tây vịnh Vân Phong (cách bờ vịnh 20÷30 km) là phần kéo dài của dãy Trường Sơn. Phía Đông Nam cửa Vịnh rộng 17 km thông ra biển Đông. Phía Đông Bắc là bán đảo Hòn Gốm gồm các dãy núi nhỏ và cồn cát kéo dài nên tránh được sóng. Phía Đông Nam nằm giữa bán đảo Hòn Gốm, Hòn Lớn và đảo Cổ Cò, là dải nước hẹp có chiều rộng 200 m có độ sâu trung bình 25 m, là kênh tàu tự nhiên rất thuận lợi. Tổng diện tích khu vực này khoảng 150.000ha; trong đó diện tích mặt nước vùng vịnh khoảng 80.000ha và diện tích đất liền khoảng 70.000ha. Khu vực này có địa hình phong phú, đặc biệt là hệ thống đảo, bán đảo, vịnh sâu và kín gió, bờ và bãi biển, cồn cát hấp dẫn và là khu vực có hệ sinh thái đa dạng như rừng nhiệt đới, rừng ngập mặn, động thực vật biển nông ven bờ.