면적은 328.99㎢(육지 38.69㎢, 해상 290.30㎢)이다. 리아스식 해안에 해수욕장이 발달하여 있어 북쪽에서부터 천리포해수욕장ㆍ만리포해수욕장ㆍ연포해수욕장ㆍ몽산포해수욕장ㆍ방포해수욕장이 있다.
이 일대는 예로부터 왜구를 비롯하여 외국인들의 침입을 받았으므로 해미성(海美城)ㆍ안흥진성(安興鎭城)ㆍ백화산성(白華山城)ㆍ만리성(萬里城)ㆍ북주산성(北主山城)ㆍ구도성(舊都城)ㆍ토미성(吐美城) 등 성곽(城廓)과 전적지가 많이 남아 있다. 또한, 망수대(望守臺)와 능허대(凌虛臺) 등의 사적지와 문두절벽ㆍ학도(鶴島)ㆍ단도(端島)ㆍ가의도(賈誼島)ㆍ목개도(木蓋島)ㆍ군관도(軍官島) 등의 해식애(海蝕崖)와 곰솔[黑松]이 어울린 섬이 많고, 학바위ㆍ떡바위ㆍ옹기바위ㆍ등대바위ㆍ남매바위ㆍ거북바위 등의 명소가 있다.
태안반도국립공원의 지질은 선캠브리아기에 형성된 변성퇴적암류와 고기관입암류 및 중생대의 화성암류 등으로 구성되어 있다. 우선 학암포와 구례포는 규암과 흑운모편암으로 구성되어 있고, 안면도의 백사장과 삼봉지역은 규암을 포함하며, 만리포 지역은 흑운모화강암이 주변의 변성암류를 관입한 상태로 나타난다. 태안반도는 남북간의 위도 차가 크고 1월 평균 4℃의 등온선이 지나므로 식물의 남북한계선이 되어 다양한 동식물상을 나타낸다. 태안해안국립공원은 포유류 8과 11종, 조류 34과 106종, 곤충류 132과 470종, 양서류 6과 8종, 파충류 3과 7종, 담수어류 6과 16종 등 도합 189과 618종이 서식하고 있으며, 해양생물은 해조류 119종, 갑각류 5종, 두족류 5종, 해양어류 44종, 플랑크톤 123종, 저서생물 153종 등 모두 449종이 분포하고 있다. 조류는 천연기념물 큰고니(천연기념물, 1968년 지정), 붉은배새매(천연기념물, 1982년 지정), 황조롱이(천연기념물, 1982년 지정), 소쩍새(천연기념물, 1982년 지정)와 큰소쩍새(천연기념물, 1982년 지정), 검은머리물떼새(천연기념물, 1982년 지정)도 관찰되고 있으며, 최근 태안해안의 섬지역이 철새들의 중간기착지로 이용되면서 다양한 종의 조류가 관찰되고 있다. 식물상으로 보면 태안해안국립공원 지역은 냉온대 낙엽활엽수림이 남부에 걸쳐있으며 감탕나무, 호랑가시나무, 동백나무, 나도밤나무 등이 자라고 해안에는 곰솔이 분포하고 있는 지역으로 관속식물은 122과 754종이 분포되어 있다. 특히 간월도(間月島)와 서산 어리굴젓이 유명하며 왕새우와 꽃게가 유명하다.
주변에 배후 관광지로서 계룡산국립공원을 비롯하여 유성온천ㆍ도고온천ㆍ온양온천ㆍ현충사ㆍ대천해수욕장이 있다. 몽산포 해수욕장을 비롯하여 만리포해수욕장 등 25개에 이르는 해수욕장과 생태자원을 중심으로 해안공원이 될 만한 조건을 두루 갖추고 있어 지난 1978년10월 20일 우리나라의 13번째 국립공원이자 유일한 해안국립공원으로 지정되었다.
2009년 현재 총 326.574㎢에 이르는 태안해안국립공원 자연지형의 가장 큰 특징으로는 사구(砂丘), 즉 모래언덕이 광활하게 펼쳐졌다는 점이다. 태안반도와 안면도 일대의 해변에는 모래해변이 매우 잘 발달한 데다 겨울철만 되면 강력한 북서계절풍이 몰아쳐 바닷가에는 새로운 모래언덕이 생기며 이렇게 형성된 사구는 태안반도와 안면도 곳곳에서 흔히 볼 수 있다.
또한 서해안 지역의 특성인 큰 조수간만의 차이로 인해 갯벌이 전 지역에 잘 발달되어 있을 뿐만 아니라 다양한 서식환경을 주는 모래, 뻘, 암반 등의 갯벌이 다양하게 분포하고 있으며, 이로 인한 갯벌 서식생물의 다양성이 아주 높은 곳이다.
교통은 2000년 11월 서해대교가 완공되면서 서해안고속도로가 준공됨에 따라 경인권에서 서산나들목과 홍성나들목을 통해 안면도까지 2시간권 이내에 들어오게 되면서 육로교통이 획기적으로 개선되었다. 숙박 시설은 여관과 민박이 많아 국립공원지역 어느 곳에서나 편리하다.