大西洋深入北美大陸東南部的海灣。絕大部分為美國和墨西哥領土所環抱，海岸線長達4828公裡。古巴島居灣口中部，其北側的佛羅裡達海峽（最窄處寬僅80公裡）與西側的尤卡坦海峽(最窄處寬約216公裡)分別溝通大西洋與加勒比海。西南部有坎佩切灣深切凹入。整個墨西哥灣東西長1609公裡，南北寬1287公裡，略呈橢圓形，面積154.3萬平方公裡。平均深度1512米，最深點錫格斯比深淵為5203米。海水容積233.2萬立方公裡。中生代陸地沉陷而成，部分海岸仍在下沉中。大陸陸架寬廣，在佛羅裡達半島以西和尤卡坦半島以北寬達200～280公裡。約3/5大陸架屬美國，2/5屬墨西哥。大陸架之外有大陸坡、陡崖和陸基，最後轉入錫格斯比深海平原，但東北部海底在陡崖之下為廣大的古密西西比河沖積丘。中生代、新生代沉積深厚，鹽丘廣佈，特別集中在北部西段沿海一帶，其中很多含有豐富的油、氣資源，主要藏在第三紀沙巖和白堊紀灰巖中；有的還有含硫層。沿岸皆為低平的沙質海岸，多沼澤和由沙洲、沙嘴、珊瑚礁阻蓄或封閉成的潟湖。北岸和西北岸分別有密西西比河和格蘭德河（北佈拉沃河）等註入。
地處熱帶和亞熱帶，氣候濕熱，加以海域幾乎近於封閉，故表水溫度和鹽度較高。夏季水溫為28～29℃，近岸淺水區達30～31℃；冬季南北介於25～18℃間。年平均鹽度為36～36.9。水深2000米以下，溫度和鹽度分別恒定為4.3℃和35。潮差0.3～0.6米，為世界上潮汐最小的海域之一。大西洋北赤道洋流和南赤道洋流的分支穿過小安的列斯群島間的海峽，進入加勒比海，匯成加勒比海暖流；再經尤卡坦海峽註入墨西哥灣，形成順時針環流。灣內水位比附近大西洋高，海水以每小時9～10公裡的速度，經佛羅裡達海峽流出，年平均流量達3000萬立方米/秒，稱為佛羅裡達暖流；與安的列斯暖流（流量1200萬立方米/秒）匯合後，即為墨西哥灣暖流，流向東北。墨西哥灣冬季有強風，夏末初秋多颶風。
墨西哥灣的海上油田鉆井平臺
大陸架地區淺灘廣，入灣河流帶來許多懸浮物質和浮遊生物，為較重要的漁場，主要出產鯡魚、鯔魚、鮪魚、小蝦、牡蠣等。世界上最早進行海洋石油勘探和開采的地區之一，1938年美國在離海岸2.4公裡處開鑿瞭第一口油井。1947年11月在離海岸19公裡處發現大油田。現為世界上第二大海洋石油產區，鉆探和開采設備則居世界首位。屬美國的油、氣田，主要分佈在路易斯安那州岸外，其次是得克薩斯州岸外，石油和天然氣產量分別占全國的1/8和1/2以上；屬墨西哥的油、氣田集中在坎佩切灣，石油產量約占全國總產量一半以上。近年鉆探活動已向深水區推進，在深海平原鹽丘中發現瞭油、氣儲藏。此外，大陸架還是重要的自然硫產區，深海底有錳礦瘤。沿岸主要港口：美國有休斯敦—加爾維斯頓、博蒙特—阿瑟港、新奧爾良、莫比爾、坦帕—聖彼得斯堡等，墨西哥有韋拉克魯斯、坦皮科，古巴有哈瓦那。