Vịnh Nha Trang có khí hậu hai mùa rõ rệt: mùa khô kéo dài từ tháng giêng đến tháng tám, mùa mưa từ tháng chín đến tháng mười hai; nhiệt độ bình quân hàng năm là 26 độ C; nóng nhất 39 độ C, lạnh nhất 14,4 độ C. Về mặt sinh thái, vịnh Nha Trang là một trong những hình mẫu tự nhiên hiếm có của hệ thống vũng, vịnh trên thế giới bởi nó có hầu hết các hệ sinh thái điển hình, quý hiếm của vùng biển nhiệt đới và có tầm quan trọng quốc tế.