在北美洲東南部邊緣，有一扁圓形的海灣，因瀕臨墨西哥，而得名墨西哥灣。海灣的東部與北部是美國，西岸與南岸是墨西哥，東南方的海上是古巴。墨西哥灣經過佛羅里達海峽進入大西洋；經過尤卡旦海峽與加勒比海相連接。面積約150萬平方公里。平均水深約1500米，最深處超過5000米。
海灣沿岸曲折多灣，岸邊多沼澤、淺灘和紅樹林。海底有大陸架、大陸坡和深海平原。北岸有著名的密西西比河流入，把大量泥沙帶進海灣，形成了巨大的河口三角洲。在尤卡旦海峽，有一條海檻，位於海面下約1600米深，作為墨西哥灣和加勒比海的分界。
墨西哥灣位於熱帶和亞熱帶，高溫多雨，8月份氣溫最高，可達28℃以上；2月氣溫最低，北部約12℃，南部達22℃。冬季常有偏北大風，夏季常遭颱風襲擊。降水量多，年平均達1500豪米左右。
墨西哥灣匯聚了北赤道洋流和南赤道洋流的一部分，還接納了被信風不斷驅趕進來的大西洋暖水，使灣內水位比附近海面高得多，海灣變成一個巨大的熱水庫。灣內暖水從佛羅里達海峽流出，成為墨西哥暖流的重要源地。灣流是世界第一大暖流，它攜帶的熱水水量是世界所有河流總量的120倍。據估計，灣流每年向西北歐海岸輸送的熱量，每公里約相當於燃燒600萬噸煤炭所放出的熱量，使西北歐地區的氣候變得溫暖濕潤，冬無嚴寒。大西洋西部的墨西哥灣，給大西洋東岸的歐洲，帶來了這麼大的恩惠，原先他們自己是不知道的。後來，在20世紀初，才被海洋學家解開這個謎。
墨西哥灣的潮汐，是每天一漲一落的全日潮；潮差一般很小，只有在颱風季節，潮水受颱風的驅趕，引起海水陡升，成為風暴潮，水位有時高達5米，會對沿岸窪地造成威脅，特別是灣北岸的風暴潮較多。
墨西哥灣沿岸的佛羅里達半島，南北長600多公里，東西寬200公里。西班牙人彭賽·德·雷翁發現時，看到半島鮮花盛開，絢麗多彩，他便起名為「佛羅里達」，西班牙語意思是「鮮花」。這裡是美國最溫暖的地方，最冷的冬季也只有15℃，是避寒和遊覽的勝地。尤卡旦半島的馬雅山地，曾是印第安文化的發源地。這裡保存有巨大的金字塔，可與埃及的金字塔相媲美。