长岛诸岛系“胶辽占陆”断陷分离出的岛链式基岩岛。地层属震巨系“蓬莱群”。第四纪黄土普遍发育。地貌以剥蚀山丘为主要特征。海岸曲折，海蚀显。百米以上山头40余座，最高海拔202.8米，保护区面积8000公顷。其中，湿地为2500公顷。
本区属亚洲东部季风区大陆性气候。冬暖夏凉，温湿度变化和缓。年平均气温119℃，年平均降水量560毫米。全年无霜期243天，日照2972小时，平均相对湿度67%，海水极端高水温28.7℃，极端低水温一2“C，潮汐属正规半日潮，大潮升163厘米，小潮升130厘米，平均海平面89厘米。
在北隍城岛、南隍城岛、大伙岛、砣矶岛、大黑山岛、大竹山岛和南长山岛重点保护区内，山丘起伏，沟壑纵横，少杂音，无污泉，生态环境良好、山上青松、赤松、侧柏苍翠欲滴，郁闭度高；山坡下、岛脚处刺槐、樗树、白榆、家槐、加杨、泡桐、芙蓉、合欢等混交林繁茂；沟旮里、山坳间紫穗槐、南文藤、胡枝子、扁担杆、蛇葡萄、荆棘、山菊、野蒿等灌木、野草丛生；湿地的碱篷、蓼、芦苇、二色补血草等旺盛，全区绿化面积达53.2%。木本植物270余种，草本植物620余种，陆生无脊椎动物400余种，浅海、滩涂各类鱼、虾、蟹、螺、贝及其他无脊椎动物近1000种，藻类119种，成为候鸟、旅鸟中转补给站。最近，被列为国家海洋保护区。
以庙岛塘为中心的东西海域，开发海珍品养殖基地，实现大海种田。蓝色牧场阡陌纵横，亿万个塑料、玻璃浮泡似珍珠闪烁，全区南北部海域养殖面积达数千公顷。鱼、虾、贝、藻和各类海生动植物为涉禽、游禽湿地岛类觅食、栖息、繁衍提供了得天独厚的条件。
据长岛候鸟保护环志中心站调查，飞经这里的候鸟有19目50科240种，占全国鸟类的19%，占山东省鸟类的69.5%。其中，属国家一级保护的有丹顶鹤、白鹳、金雕、白肩雕、大鸨、白鹤、黑鹳、中华秋沙鸭、白尾海雕9种；属二级保护的有大天鹅、鸳鸯、游隼、蜂鹰、大营、苍鹰、燕隼、鹰鹗、长耳鹗、短耳鹗、草鹗等40种；纯属湿地生活的黑尾鸥、海鸬鹚、雨燕、翠鸟等游禽、涉禽类有9目85种。被外国作为国岛的有7种，列入世界《濒危动植物红皮书》中的有11种，列入《中日保护候鸟及栖息环境协定》中的有164种，占72%。
长岛自然保护区，由于地理位置特殊，生态自成体系，岛屿星罗、礁石棋布，灯塔密集，无人区开阔，陆海食物链丰富，与辽宁省老铁山自然保护区自然形成候鸟地物导航的优势区。每年春秋两季保护着上百万只候鸟迁飞与栖息，成为猛禽环志和鸟类科研的理想基地。1982年4月，被山东省划为鸟类自然保护区。1988年5月，被国务院划为鸟类自然保护区。日前，是我国县级区域鸟类最丰富的地区之一，是我国猛禽环志数量最多的环志“中心”。加强和完善自然区的保护工作，对中国乃至世界都有重要意义。
