Cẩm Phả có diện tích tự nhiên 486,45 km², địa hình chủ yếu đồi núi. Đồi núi chiếm 55,4% diện tích, vùng trung du 16,29%, đồng bằng 15,01% và vùng biển chiếm 13,3%. Ngoài biển là hàng trăm hòn đảo nhỏ, phần lớn là đảo đá vôi. Nhiệt độ trung bình năm khoảng 23oC, độ ẩm trung bình 84,6%, lượng mưa hàng năm 2.307 mm, mùa đông thường có sương mù.