Estende-se sobre a Ilha de São Vicente, cujo território é dividido com o município vizinho de São Vicente. Com uma área de 39,4 km²,[39] densamente urbanizada, abriga quase a totalidade dos habitantes da cidade. Ela compreende uma área plana — extensão da Planície Litorânea do estado de São Paulo — a qual apresenta altitudes que raramente ultrapassam os vinte metros acima do nível do mar, e uma área composta por morros isolados denominada Maciço de São Vicente, de origem antiga e dotada de uma ocupação urbana irregular com uma mescla de tecidos caracterizados por alta e baixa renda, cuja altitude não ultrapassa os 200 metros acima do nível do mar.
Sobre a região plana da ilha de São Vicente já não há quase vegetação, devido ao alto processo de impermeabilização do solo urbano. Na região norte da ilha, nos bairros da Alemoa, do Chico de Paula e do Saboó ainda verificam-se resquícios de manguezais. Antes da ocupação da área plana da ilha por chácaras (e posteriormente pela urbanização), aí encontravam-se vastos terrenos alagados cobertos por manguezais, pela Mata Atlântica e vegetação rasteira próxima à praia.
Ainda podemos encontrar nos morros, vastos exemplares de Mata Atlântica nativa, apesar das chácaras e dos bananais existentes. A Lagoa da Saudade, localizada no Morro da Nova Cintra, de baixa altitude, chegou a ser conhecida por abrigar uma espécie de jacaré. A ocupação desordenada representa um risco tanto ambiental quanto geológico: o desmatamento leva a frequentes deslizamentos de terra, sobretudo de janeiro a março, tradicional época de chuvas na região.
A maioria dos rios da parte insular foi canalizada quando o engenheiro Saturnino de Brito projetou o sistema de canais da cidade. Como exemplos, podemos citar o rio Dois Rios e o Ribeirão dos Soldados (atual canal da av. Campos Salles). No entanto, alguns grandes cursos d'água ainda cortam a ilha no norte, como é o caso do rio São Jorge, que sofre de problemas de poluição e sujeito ao assoreamento quando há a ocupação de suas margens por favelas.
Dentro dessa povoada área, podemos destacar os principais bairros da cidade em morros ou planície (inclusive, por bairros destacados em sua orla marítima com suas praias).
O litoral de Santos possui o jardim frontal de praia de maior extensão do mundo, de acordo com Guinness Book.[41]
A orla santista é composto por 6 praias em oito quilômetros de extensão. A orla é urbanizada com 218 800 metros quadrados de jardim urbano à beira-mar.[41]