전라남도 해남군 남단에서 제주도까지의 거리는 약 80㎞이며, 해심 100m 미만의 대륙붕으로 이루어져 있기 때문에 신생대 제4기의 빙기에는 육지로 노출되었다가 후빙기 해면 상승으로 침수되었다.
해협의 북쪽은 다도해의 일부로서 섬ㆍ반도ㆍ만 등이 복잡하게 어울려 리아스식 해안을 이루며, 소규모의 사빈해안을 제외하면 대부분이 암석해안이다. 목포에서 약 150㎞ 남쪽에 위치한 제주도는 대륙붕상의 화산도로서 해협의 남쪽 경계가 된다.
이 해협은 위도가 비교적 낮고 동중국 해상에서 발생한 이동성 저기압이 통과할 때는 겨울에도 강수가 빈번하여 온화한 해양성기후를 나타낸다. 따라서 해협의 연안에는 상록활엽수의 난대림이 무성하다.
태풍이 내습하면 풍수해를 크게 입기도 하고 겨울철에 북서계절풍이 강하게 불 때는 풍랑이 심하다. 그리고 구로시오해류[黑潮海流]의 영향으로 연중 난류가 흘러 각종 어패류와 해조류 같은 수산 자원이 풍부하다.
특히, 구로시오를 따라 이동하는 회유성어족의 통로가 되고 수온이 4계절을 통하여 비교적 높아 각종 어류의 산란장 및 월동 서식처가 된다. 그래서 어획 대상이 되는 주요 어족만도 200여 종이나 알려져 있다.
해협에 위치한 추자도는 멸치젓으로 유명하며, 멸치ㆍ갈치ㆍ쥐치ㆍ전갱이ㆍ방어ㆍ고등어 등이 많이 잡히고, 참돔ㆍ옥돔ㆍ삼치 등의 어종뿐만 아니라 우리나라의 다른 지방에서는 찾아보기가 힘든 돌닭새우와 펄닭새우도 서식하고 있다. 최근에는 지구온난화 현상으로 귀상어, 보라문어, 새치류 등 이전에 드물게 나타났던 아열대성 어종도 자주 나타나고 있으며 잿방어, 뿔돔, 가시복 등 온대성 어종의 어획량도 늘어나고 있다. 또한 최근에는 갯녹음 현상, 노획으로 인한 수산 자원량의 감소, 기후변화에 의한 생물상 변동 등으로 점점 더 수산업의 여건이 악화되고 있는 현실이다.
이 해협은 우리나라의 어업전관수역(漁業專管水域)으로서 우리의 영해이다. 또 일찍부터 육지부와 제주도 간의 교통로로 이용되어 왔다. 오늘날에도 제주∼목포, 제주∼완도, 제주∼부산 간에는 정기항로가 개설되어 매일 쾌속페리호가 운항되고 있다.
한편, 이곳은 한반도와 일본 또는 중국과 일본 간의 국제적 해상 교역로 내지 문화 교류의 통로로 이용되어 왔다. 영해는 허가가 없으면 외국 선박이 항해할 수 없는 것이 원칙이지만, 제주해협은 이러한 역사적 배경과 국제 관례상 무해통행(無害通行)이 허용되고 있다.