Đồ Sơn có dải đồi núi thấp chay dài theo hướng tây bắc đông nam nhô khỏi mặt biển , kéo dài hình 9 con rồng cùng vươn về phía đảo hòn Dấu , như thể cùng tranh nhau một viên ngọc . Cả dãy đồi núi tạo nên một bức tranh tường thành che chở cho cả phía đông huyện Nghi Dương (nay là huyện Kiến Thụy) –trung tâm của Dương Kinh triều Mạc xưa .Điểm mút phía đông là Hòn Độc , điểm mút phía tây là Hòn Dáu . Xa xa phía ngoài cửa song Thái Bình , cửa sông Văn Úc nổi lên 2 cồn cát cao khá rộng mà các sách quốc chí triều Nguyễn gọi là đồi Song Ngư .Dân địa phương gọi đó là Cồn Khoai và Cồn Dừa . Tương truyền có lần vua Gia Long đi tuần thú, thuyền Ngự bị bạt gió dạt vào cồn này , lương thực , nước ngọt đều hết . Quân lính lên cồn cát kiếm được khoai và nước ngọt dâng lên .Đương lúc đói khát , vua thấy khoai bùi nước ngọt như nước dừa nên Ngài ban cho tên như thế . Cồn Khoai nay đã liền với dải đất bồi cuối huyện Tiên Lãng, còn Cồn Dừa đã bị song biển nhấn chìm đến 50 năm có lẻ.

Địa hình Đồ Sơn thuộc dạng đồi , cấu tạo chủ yếu là đá cát kết và đá phiến sét thuộc trầm tích trung sinh , kết quả của cuộc vận động kiến tạo Đại tring sinh và bị sụt lún sau vận động Tân kiến tạo .Qúa trình phong hóa kéo dài ,đá núi biến chất , làm cho lớp vỏ núi có dạng đất Feralitic , thích hợp với nhiều loại cây trồng , nhất là loại cây thân nhỏ . Vùng đất chân núi , cánh đồng lúa Ngọc Xuyên ,ruộng muối Bàng La…. Vốn do phù sa bồi tích tạo thành. Phần còn lại là bãi cát ven biển .

Khí hậu Đồ Sơn mang đặc điểm chung miền ven biển vịnh Bắc Bộ , nhưng với vị trí một bán đảo nên mùa đông thường ấm hơn , mùa hè thường mát hơn . Đầu tháng Tám âm lịch thường có đợt gió mùa đông bắc , tương truyền báo hiệu các chân linh con cháu đồ sơn  từ Trà Cổ  về dự lễ hội chọi trâu . Kết thúc lễ hội thường có mưa rào , dân gian gọi là cữ mưa rửa sân đình – giã hội (cữ gió tuần mưa “ông Đồ Sơn” – tức thủy thần Điểm Tước được cả tổng Đồ Sơn thờ làm phúc thần ).

Là 1 vùng đất hẹp nhưng đa dạng nên sinh vật phong phú . Trên vùng đất đồi thích hợp với nhiều loại cây như bứa , chè , chay , thị , mít ,ổi , sắn thuyền , thông , phi lao …Sách Đồng Khánh địa dư chí lược có nhắc đến loại dưa ngon (bách nhãn lê) của Đồ Sơn . Dân gian quý loại bứa hồng nhạt nhỏ cùi dầy , ngọt sắc và chè tươi đồi lá nhỏ , dầy nấu bằng nước suối Rồng .”Nước khe chè núi “ở đây ngày xưa là một thức uống rất được ưa chuộng . Cây mọc hoang có nhiều loại trong đó có nhiều cây làm thuốc , có loại quý như dừa cạn hoa đỏ , hoa trắng học hoang khắp các đồi . Cây di thực thì từ đầu thế kỷ XX người Pháp đã trồng thử măng tây , khoai tây , đậu Hà Lan , cà phê , thông nhựa ……đều sinh trưởng tốt . Riêng thông nhựa chỉ mươi năm đã thành rừng kín cả mấy ngọn đồi . Vào những năm 60 , ngành y tế đã trồng thử thành công một số cây làm thuốc như địa hoàng , bạch chỉ , dương quy , xuyên khung ….. năng suât , chất lượng cao .

Ở vùng bãi lầy ngập mặn thì trang , sú vẹt , mắm , giá kẹo , ô rô , cói …. Mọc bạt ngàn . Những năm cuối thế kỉ XIX khi đường Hải Phòng –Đồ Sơn , dường Đồng Nẻo – Đồng Môi chưa đắp , đập Cốc Liễn chưa lấp thì rừng ngập mặn phủ kín từ bãi Cầm Cập đến bãi song Đại Bàng , phía sau gồm cả địa bàn các xã Hợp Đức , Hòa Nghĩa và phần lớn xã Tân Phong ngày nay , chỉ trừ các song và lạch thoát triều chằng chịt dọc ngang . Rừng ngập mặn Đồ Sơn là nguồn cung cấp chất đốt , vật liệu lợp nhà , nhuộm vải …. Cho cả một vùng .Cây mắm cây giá kẹo lá dùng làm phân xanh bón cho ruộng đất chua mặn thích hợp .Bãi rừng ngập mặn ở đây có nhiều còng , cáy tôm cua cá lác , cá nhệch … thu hút nhiều loại chim trời như mòng , két , le , cò vì nhiều thức ăn , lại có nơi cư trú tốt

Các sách địa chí cổ thường ghi huyện Nghi Dương có hươu nai . Xét cảnh quan địa lý huyện Nghi Dương xưa thì chỉ có vung núi đồ sơn mới có loài thú quý hiếm này .Nói đến động vật của Đồ Sơn phải nói đên động vật biển .Vào vụ cá nước mặn , nước lợ từ con cá ruội nhỏ li ti đến những cọn cá hồng , cá kép , cá sủ … to phải mấy đòn khiêng .Trước kháng chiến chông Pháp 9 năm , đình Đồ Sơn  có 2 bộ xương cá đao lớn , cao tận nóc đình , dùng làm nghi vệ thành hoàng . Năm 1977 , Hợp tác xã Quyết Tiến bắt được một con cá nhám voi nặng 2700kg. Tiêu bản con cá này là tiêu bản duy nhất về loài cá nhám hoa ở nước ta , hiện bảo quản tại bảo tang của Viện nghiên cứu hải sản . Cá biển Đồ Sơn có nhiều, nhưng được ưa chuộng hơn cả là chim , thu , nhụ, đé , song , ngừ ….Loài chân khớp (tiết túc) có moi , tôm vàng , tôm sắt , tôm he , tôm nương , tôm hùm , bề bề … Loài vỏ cứng (giáp xác) cua ghẹ , sam , sò , còng gáy ….Loài thân mềm (nhuyễn thể)có vẹm , ngao , ngán , diệp , vọp , don, dắt …  Riêng loài dắt , món ăn thông dụng rẻ tiền nhất được dân gian ở đây gọi là bạn “cứu cơ” vì những năm đói , dắt dạt về đầy bãi.

            Cuối thế kỉ XIX , đầu thế kỉ XX , khu bãi tắm được đầu tư khai thác phục vụ  du lịch nghỉ dưỡng .Từ đó , mạng lưới phục vụ du lich phát triển ngày một hoàn chỉnh với những biệt điện , khách sạn , nhà hàng đầy đủ tiện nghi phục vụ cho du khách .

Cảnh quan thiên nhiên Đồ Sơn thật là đẹp , tài nguyên thiên nhiên phong phú có giá trị kinh tế xã hội và phục vụ nghiên cứu khoa học cho các ngành địa chất khí tượng thủy văn , hải dương học ,….. Những giá trị đó đã và đang được khai thác phục vụ cho cuộc sống trong quá khứ , hiện tại và cả tương lai . Điều đáng nói là phải có một chính sách khai thác hợp lý , tránh làm cạn kiệt, vừa khai thác vừa tái tạo , làm giàu nguồn tiềm năng thiên nhiên quý giá này