Kvitsjøen har et areal på ca. 90 000 km² og gjennomsnittsdybden er på ca. 90 m. Havet er omgitt av Karelen i vest, Kolahalvøya i nord og Kaninhalvøya i nordøst. Barentshavet er forbundet med Kvitsjøen gjennom den 50 km brede Kvitsjøhalsen og lenger inn deler havet seg i Dvina-, Onega- og Kandalaksjabukta. Kvitsjøen er forbundet med Østersjøen gjennom elver og kanaler; via Kvitsjøkanalen til innsjøen Onega, videre på elven Svir og elven Neva til St. Petersburg. Kvitsjøen er islagt mellom oktober og mai; men råker holdes åpne av isbrytere.