蒲郡市の竹島
三河湾西部の知多湾と対をなしており[3]、知多半島南端の羽豆岬と矢作古川河口西方の生田鼻を結ぶ線が三河湾と知多湾の境界となっている[2]。三河湾内の竹島、やや内陸の三ヶ根山などの景勝地があり[1]、蒲郡市近辺や渥美半島北岸には海水浴場が多い[2]。島嶼、砂浜、岩石海岸など景観の変化に富み、内湾のため波は穏やかである[3]。三河湾国定公園に含まれる[1][4][2][3]。
地形は浅い海盆状であり、豊川水系から続く中央構造線が湾の中央部を東西に走っている[3]。中央構造線以北は花崗岩が卓越し、中央構造線以南の姫島は蛇紋岩、竹島や三河大島は片麻状花崗岩が卓越している[3]。渥美半島先端部にはかつて西山砂丘があった[3]。渥美半島は温暖の地と知れ渡ってるが、免々田川河口当たりの漁港はかつて、氷が張った事も度々有る。渥美湾は海鳴りが聞こえる珍しい海域でもある。1945年三河湾西尾・蒲郡沖を震源とする三河地震(マグニチュード6.8)でも影響を受けた湾でもある。又1953年台風13号による向山堤防決壊となる大惨事の湾で、大潮と重なり浸水3m弱の海となった地でもある。