Large d'environ 1 150 km d’Ouest en Est et de 600 km du Nord au Sud, la mer Noire s’étend sur une superficie de 423 000 km². Sa profondeur moyenne est de 1 300 m (2 250 m au maximum). Elle communique au nord avec la mer d’Azov par le détroit de Kertch, et au sud-ouest avec la Méditerranée par le détroit du Bosphore (16 M de long, soit environ 30 km), la mer de Marmara et le détroit des Dardanelles (long de 36 M, soit de l'ordre de 65 km). Elle est bordée par la Bulgarie et la Roumanie à l'ouest, l'Ukraine au nord, la Russie et la Géorgie à l'est, et enfin la Turquie au sud, soit un peu plus de 4 000 km de côtes.

Quelques grands fleuves (Danube, Dniepr, Dniestr) se jettent dans la mer Noire, ce qui explique la faible salinité de ses eaux de surface (18‰), environ deux fois plus faible que celle de la mer de Marmara et de la mer Méditerranée. La relativement faible densité des eaux surfaciques qui en résulte empêche celles-ci de se mélanger avec les couches profondes qui présentent, de ce fait, la particularité d'être peu riches en oxygène au-delà de 200 m de profondeur (en revanche, les couches profondes sont fortement chargées en hydrogène sulfuré).