Quần đảo Cát Bà cách trung tâm thành phố 60km theo đường biển, diện tích 345km2, được hợp thành bởi 388 hòn đảo đá vôi lớn nhỏ nhô lên từ biển. Những dãy núi đá vôi trập trùng xen lẫn tùng áng, vũng vịnh; hang động kỳ vỹ; có giá trị đa dạng về sinh học và cảnh quan địa chất, địa mạo, đã tạo nên quần đảo Cát Bà như một kiệt tác thiên nhiên. Quần đảo Cát Bà được UNESCO công nhận là Khu dự trữ sinh quyển thế giới (năm 2004), được Chính phủ xếp hạng Danh lam thắng cảnh - Di tích quốc gia đặc biệt (năm 2013) và trở thành Di sản Thiên nhiên Thế giới Vịnh Hạ Long - Quần đảo Cát Bà (năm 2023). Đây cũng là nơi sinh sống của hơn 3.000 loài động, thực vật trên cạn, dưới biển, trong đó có nhiều loài được đưa vào sách Đỏ Việt Nam và thế giới. Đặc biệt, Voọc Cát Bà là loài đặc hữu, hiện chỉ còn phân bố duy nhất tại nơi đây.