Itanhaém está localizada na baixada santista, litoral sul de São Paulo, sendo referência em preservação.

No aspecto natural, mais da metade de sua área se encontra recoberta por vegetação de Mata Atlântica: na Serra do Mar, nascentes alimentam rios e cachoeiras; cavernas e penhascos contam histórias dos primeiros tempos da Terra, as Matas de Restinga do Vale dos Rios Preto e Branco ainda se mantêm preservadas constituindo-se em importante maciço vegetal contínuo com inúmeros exemplares da fauna e flora local.

Na área rural do município se localizam fazendas e sítios agrícolas, principalmente no Vale dos Rios Mambu e Branco, tendo a bananicultura como principal atividade.
O relevo é constituído por uma planície costeira de aproximadamente 3 metros acima do nível do mar, com pequenos morros na faixa litorânea, como os do Sapucaitava ou Itanquanduva, Piraguyra, Itaguaçu, Púlpito de Anchieta e o Paranambuco, e com afloramento da Serra do Mar no interior do Município.

O Oceano Atlântico banha 26 quilômetros de praias, baías, pequenas enseadas e costões rochosos. Destacam-se as praias dos Pescadores, Praia dos Sonhos, Cibratel e Praião.

A Ilha das Cabras, a Pedra Meia Praia, Pedra do Carioca e mais ao longo do oceano as ilhas Queimada Grande e Queimada Pequena, além das Lajes Pedro II e da Conceição, são todos lugares reconhecidos para o mergulho devido a sua ótima visibilidade.

A rede fluvial é extensa e ilhas fluviais como a Ilha da Volta Deixada e Ilha do Bairro do Rio Acima são destaques na paisagem e vida do rio. Sua bacia hidrográfica é considerada a terceira maior do Estado sendo o rio Itanhaém formado por uma grande quantidade de afluentes, onde se destacam os rios Branco, Preto, Aguapeú e Mambu.

No município de Itanhaém existem diferentes categorias de Unidades de Conservação e outros espaços territoriais protegidos, sendo estes:

- 02 unidades de proteção integral: Parque Estadual da Serra do Mar, Núcleo de Desenvolvimento de Curucutu e Estação Ecológica dos Tupiniquins;

- 03 unidades de proteção de uso sustentável: Área de Proteção Ambiental Cananéia – Iguape – Peruíbe; Área de Proteção Ambiental Marinha Litoral Centro e Área de Relevante Interesse Ecológico Ilha da Queimada Grande e Queimada Pequena;

- 03 unidades não englobadas no SNUC: Área Natural Tombada da Serra do Mar e de Paranapiacaba; Terra Indígena do Rio Branco e Reserva da Biosfera do Cinturão Verde de São Paulo.