این خلیج زیبا و رویایی بر اثر پیشروی و گسترش شرقی رشته ساحلی شبه جزیره میانکاله در جنوب شرقی دریای خزر تشکیل شده است . وسعت خلیج گرگان حدود 400 ‏کیلومتر مربع،  طول خلیج در جهت غربی به شرقی حدود 70 کیلومتر و عرض آن نیز بین 13 تا 14 کیلومتر است، ولی کاملاً بر خلاف شبه جزیره میانکاله ، از غرب به شرق به عرض خلیج افزوده می شود. خلیج گرگان کم عمق است، به طوری که با در نظر گرفتن بالا آمدگی آب، حد اکثر عمق آن به چهار متر می رسد و از غرب به شرق تا حوالی ضلع جنوبی آشوراده به عمق آب افزوده می شود.درجه شوری آب خلیج در قسمت های غربی به علت کمی عمق و افزایش تبخیر، قدری بیش تر از شوری آب دریای خرر است.در دهانه رود های پر آبی مانند قره سو وگهر باران به علت ورود آب شیرین ، از درجه شوری آب آن کاسته می شود برعکس به درجه گل آلودگی آن افزوده می شود.

حدود 25 ‏رود و نهرکوچک از دامنه شمالی البرز وارد خلیج گر گان می شوند. در کل مقدار آب ورودی خلیج (به استثنای ماه های آبان تا اسفند)کمتر از آب خروجی است وکمبود آب آن از طریق دریای خزر تامین می شود.این وضع سبب شده ا‏ست که یک جریان شدید طولانی از دریا به خلیج و یک جریان ضعیف وکوتاه مدت از خلیج به دریا، از طریق تنگه بندر ترکمن- آشوراده برقرارگردد.اکولوژی خلیج گرگان تحت تأثیر دریای خزر، رودهای مجاورو شبه جزیره میانکاله قرار گرفته است که در رشد و تکثیر آبزیان ، ماهیان استخواندارو ماهیان غضروفی وجذب پرندگان مهاجر زمستانی نقش مهمی دارد.بدین جهت می توان گفت که شبه جزیره میانکاله و خلیج گر گان دو محیط زیستی و جغرافیایی جدایی نا پذیرند. اگر چه خلیج گرگان و شبه جزیره میانکاله به صورت یک محدوده زیستی محافظت شده در آمده، ولی وجود صید بی رویه و بی موقع افزایش واردات فضولات صنعتی ، دامداری وکشاورزی از یک سو اهمیت زیست محیطی خلیج و لزوم بهره برداری بیشتر از منابع آیی برای جمعیت فراینده کشور از سوی دیگر، از جمله مساثلی است که می توان لزوم توجه بیش تر و انجام پژوهش های بیشتر درخصوصیات خلیج گرگان و شبه جزیره میانکاله را توجیه کند.وجود خلیج گرگان از مهمترین محورهای دارای قابلیت توریستی است، سواحل جنوبی و شرقی دریای خزر برخلاف سواحل شمالی آن هیچگاه دوره یخبندان ندارد، لذا پیوسته شرایط جلب توریست داشته و آماده انجام همه گونه ورزش آبی است.خلیج گرگان به همراه شبه جزیره میانكاله به عنوان پناهگاه حیات وحش به علت داشتن اهمیت زیستی زیاد یكی از ذخیره گاه های زیست كره در جهان به ثبت رسیده است.