Балаклавская бухта является последствием тектонического разлома, врезана вглубь расщелины скального массива в северном направлении на расстояние до 1500 метров. Ширина 200—400 метров (в самом узком месте — 45 метров), глубина 5—10 метров в верховьях, до 25 метров у пляжа и до 35 метров на горловине. Вход в бухту расположен между мысами Георгия (он же Балаклавский, восточный берег) и мысом Курона (он же Западный, Батарейный). У входа в бухту на восточном берегу находится гора Крепостная (Кастрон) с руинами генуэзской крепости Чембало. Бухта изогнутая, живописная, скрыта горами, незаметна со стороны моря. Извилистый фарватер защищает бухту от сильных штормов.
Особенностью Балаклавской бухты является её полузамкнутость и ограниченная связь с открытой частью Чёрного моря. Конфигурация береговой черты разделяет бухту на две части — южную глубоководную, сообщающуюся с открытой частью моря, и северную мелководную, практически застойную часть, более загрязнённую, куда поступают антропогенные стоки.
Балаклавская бухта — лучшая бухта для яхтинга на черноморском побережье с точки зрения её географических, природных и навигационных особенностей. Она закрыта от ветра и волн со всех направлений. Балаклавская бухта не загружена крупнотоннажными судами, что создает меньше проблем и повышает безопасность навигации.